Прислухаючись до відлуння землетрусів, що стрибає всередині нашої планети, ми можемо добре здогадатися про те, що знаходиться всередині Землі, не розрізаючи її. На жаль, сейсмічні хвилі часто мають невідповідності, які вченим ще належить повністю зрозуміти. Одне з джерел мінливості виникає в кишенях матеріалу низької щільності приблизно за 3000 кілометрів (трохи менше ніж 1900 миль) під поверхнею, між зовнішнім ядром із рідкого сплаву заліза та мантією.
Нове дослідження передбачає, що багатий кремнієм «сніг», який підійматися із зовнішнього ядра, може допомогти пояснити деякі аномалії спостережень. Оскільки кремній зробить частинки легшими, ніж навколишнє рідке залізо, матеріал може витекти до мантії та осісти в дрейфах, які спричинять непередбачувані спотворення звукових хвиль.
«Якщо кремній і водень є двома основними легкими елементами в самому зовнішньому ядрі з відповідним надлишком, такий багатий кремнієм сніг може виникнути», — каже геолог Сую Фу з Токійського університету в Японії.
Щоб перевірити це, команда відтворила умови всередині зовнішнього ядра Землі в лабораторії. Залізо-кремнієвий сплав був завантажений всередину воднево-аргонового газу перед ультрастисненням всередині комірки алмазного ковадла. Ці пристрої часто використовуються геологами, щоб досягти рівня стиснення, порівнянного з тим, що знаходиться всередині таких планет, як наша. Зразки стискаються за допомогою механічної сили між двома алмазами (звідси назва) і досліджуються на наявність змін.
У цьому випадку зразок нагрівали за допомогою лазерів і контролювали за допомогою рентгенівських променів. Вчені змогли подолати проблему попередніх експериментів, коли високі температури спричиняли дифузію водню, що містить сплав заліза, в алмаз.
«Наша команда розробила новий метод, у якому водень змішується з аргоном у комірках з алмазним ковадлом», — каже геонауковий Санг-Хен Ден Шім з Університету штату Аризона.
«Аргон не реагує зі зразком, але пригнічує дифузію водню в алмазні ковадла, що дозволяє нам досягти екстремальних умов у лабораторії».
За таких умов тиску та температури, як у зовнішньому ядрі Землі, дослідники виявили, що багаті кремнієм кристаліти «сніг» можуть утворюватися та підніматися крізь щільніше рідке залізо, накопичуючись на межі мантії та зовнішнього ядра, можливо, викликаючи деякі з аномалії, помічені вченими під час сканування найглибших частин планети. Хоча ви можете подумати, що все це не має особливого значення для нас на поверхні Землі, рух зовнішнього ядра керує магнітним полем нашої планети, яке, своєю чергою, захищає нас від зносу космічного простору та сонячної погоди.
Краще розуміння того, що знаходиться в зовнішньому ядрі, як воно рухається і як це може вплинути на його взаємодію з мантією, має вирішальне значення для прогнозування того, як магнітне поле Землі може продовжувати працювати в майбутньому.
«Кристалізація багатого кремнієм сплаву була виявлена під час наших експериментів у сніжні зимові дні в Чикаго під час пандемії», — каже Шім. «Цікаво, що така поведінка кристалізації може призвести до зростання снігу, багатого кремнієм, у зовнішньому ядрі».