Ядрото на Земята може да е с 1000°C по-студено, показва ново измерване

Ядрото на Земята може да е с цял 1000 °C по-студено, отколкото се смяташе досега. Това показва ново измерване, представено на 17 юли на геохимичната конференция Goldschmidt в Монреал от Майкъл Уолтър, изследовател на високите налягания от Института Карнеги (Carnegie Institution for Science). Екипът е измерил кога чистото желязо се топи при налягания, съответстващи на дълбоката вътрешност на планетата, и е получил стойности, драстично по-ниски от приетите през последните десетина години. Резултатите съживяват дебат, който мнозина смятаха за приключен.

Как се измерва температура, до която не можем да стигнем

Никой не може да спусне термометър до 5000 км дълбочина. Затова геофизиците използват обиколен път: желязото е основната съставка на ядрото, така че ако знаем при каква температура то се топи под съответното налягане, знаем и приблизителната температура на границата между твърдото вътрешно и течното външно ядро.

Уолтър и колегите му притискат мънички проби желязо между върховете на два диаманта до близо 2 милиона атмосфери — налягане, характерно за външното ядро. Ключовото новшество е в нагряването. Досегашните експерименти разчитаха на лазер, който създава силни температурни градиенти в пробата и прави отчитането на топенето несигурно. Вместо това новият метод подава електрически импулси с продължителност микросекунди, което дава далеч по-равномерен и по-контролируем нагрев.

Защо предишните оценки са били завишени

При налягането на границата вътрешно–външно ядро чистото желязо според новите данни се топи някъде между 4420 и 5220 келвина. За сравнение, широко цитираните лазерни измервания отпреди около десетилетие даваха около 6230 K — тоест над 1000 °C повече. Разликата идва именно от температурните градиенти при лазерното нагряване: ако част от пробата е по-гореща от отчетената, топенето изглежда, че настъпва при по-висока температура, отколкото е в действителност.

Ядрото обаче не е чисто желязо. В него са размесени по-леки елементи като сяра, кислород, силиций и въглерод, които допълнително свалят точката на топене. След корекция за тях централната оценка на екипа за температурата на ядрото пада до около 4284 K.

Какво следва за магнитното поле и геодинамото

По-хладното ядро означава по-хладна и граница ядро–мантия. Това има преки последствия за геологията: при по-ниска температура на скалите там им е по-трудно да се разтопят. Един от засегнатите модели обяснява огромните „петна“ с необичайно ниска сеизмична скорост, които лежат върху ядрото, като частично разтопена скала — сценарий, който по-студената граница поставя под въпрос.

Още по-важен е въпросът за магнитното поле. То се поражда от бавната конвекция на разтопено желязо във външното ядро — така нареченото геодинамо, — а тя се задвижва от топлината, която ядрото отдава към мантията. Точната температура определя колко енергична е тази конвекция, кога е започнало да расте твърдото вътрешно ядро и как полето е еволюирало през милиардите години. Промяна от 1000 °C е достатъчно голяма, за да наложи преоценка на моделите за термичната история на планетата.

Резултатът не е приет безрезервно. Дарио Алфè, минерален физик от University College London, чиито изчисления навремето подкрепиха по-високите температури, определя новите данни като „скок назад в миналото“ и предупреждава, че отварят наново спор, който изглеждаше уреден. Струва си да се подчертае и че става дума за представяне на конференция, а не за рецензирана публикация — окончателната дума ще имат независимите повторения на експеримента.

Защо е важно

Температурата на ядрото е една от малкото величини, от които зависят почти всички модели за вътрешността на Земята — от магнитното поле, което ни пази от космическата радиация, до тектониката и дългосрочната „обитаемост“ на планетата. Ако корекцията от над 1000 °C издържи на проверка, ще се наложи да пренапишем част от учебниците за това как работи планетата под краката ни. За разлика от откритията в далечния космос, като органичния сигнал на „Джеймс Уеб“ край Титан и Плутон, тук обектът на изследване е точно под нас — и все пак остава едно от най-трудно достъпните места във Вселената.