analitik_2009 (analitik_2009) wrote in m_introduction,
analitik_2009
analitik_2009
m_introduction

Ученые приоткрыли тайну «железного сердца» Земли

Новая работа ученых из университета Карнеги (США) показывает, что взаимодействие между железом и никелем при экстремальном давлении и температуре — условиях, подобных внутренним планетарным, — может помочь понять, как формировались планеты и их ядра в период юности нашей Солнечной системы.
d7deb1df.jpg
Лабораторный эксперимент Стефан Элардо и Анат Шахар. © Stephen Elardo
Земля и другие каменистые планеты образовались из вещества, окружающего наше молодое Солнце, путем медленного приращения массы (аккреции). В какой-то момент в первые годы существования Земли начало формироваться ее ядро посредством процесса, называемого дифференциацией — когда более плотные материалы, такие как железо, погружаются внутрь по направлению к центру. Так со временем получилась слоистая структура с железным сердцем, силикатной верхней мантией и земной корой.
Взять образцы планетных ядер невозможно, но исследователи могут изучать химию железа, чтобы понять различия между событием дифференциации Земли и тем, как происходил этот процесс на других планетах и астероидах.
Одним из ключевых моментов в исследовании периода дифференциации является изучение вариаций изотопов железа в образцах древних горных пород и минералов, извлеченных из Земли, а также доставленных с Луны и других планет или планетарных тел. Каждый элемент содержит уникальное и фиксированное число протонов, но число нейтронов в атоме может меняться, и это уже будет другой изотоп. В результате разницы в нейтронах изотопы имеют несколько различных масс. Эти незначительные различия означают, что некоторые изотопы легче вступают в определенные реакции, что приводит к дисбалансу в соотношении изотопов в конечных продуктах этих реакций.
Одной из главных тайн была существенная разница между соотношениями железа в изотопах, найденных в образцах застывшей лавы, извергавшейся из верхней мантии Земли, и образцов из метеоритов, астероидов, Луны и Марса. Другие исследователи предполагали, что эти изменения были вызваны гигантским столкновением, породившим Луну, или химическими изменениями в солнечной туманности.
Авторы нового исследования Стефан Элардо и Анат Шахар смогли имитировать условия в глубинах Земли и других планет с помощью лабораторных инструментов, чтобы определить, почему концентрации железа в изотопах могут варьироваться в зависимости от планетарных условий формирования.
Они обнаружили, что ключом к раскрытию тайны является никель.
В условиях, при которых были сформированы ядра Луны, Марса и астероида Веста, преимущественные взаимодействия с никелем поддерживают высокие концентрации легких изотопов железа в мантии. Однако при более высокой температуре и давлении, которые присутствовали в процессе формирования ядра Земли, этот эффект от никеля исчезает, что может помочь объяснить различия между лавой Земли и других планетарных тел, а также сходство мантии Земли и примитивных метеоритов.
«Нам предстоит еще многое узнать о геохимической эволюции планет, — говорит Элардо. — Но лабораторные эксперименты позволяют исследовать глубины, которых мы не можем достичь, и понять, как планетарные внутренности формируются и изменяются с течением времени».
Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Geoscience.
Tags: Наука
Subscribe

  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic
  • 0 comments