На глибині 2 900 кілометрів починається внутрішнє, тверде ядро Землі, що складається передусім з заліза та в незначній мірі з нікелю. Проте сейсмічні дані вказують на те, що в ярді мусили б міститися й легші елементи. Геологи інтенсивно обговорюють, що за елементи це могли б бути. З допомогою спеціального ізотопного аналізу американські науковці змогли отримати нові свідчення про ці частинки. У журналі Science інформують, що для цього, однак, потрібно роз’яснити ще нез’ясовані питання геохімічного розвитку Землі.
Схематична структура оболонок Землі: експерименти із застосуванням високого тиску надають нове розуміння складу ядра Землі.
«Знову і знову вміст Землі задає нам загадки, яких ми не розуміємо», – розповідає Анат Шагар (Anat Shahar) з Геофізичної лабораторії Інституту науки Карнегі в Вашингтоні. Спільно з французькими колегами він розробив лабораторний експеримент, в процесі якого досліджували поведінку заліза під дуже сильним тиском силою 60 гігапаскаль.
Метою експерименту було розшифрувати, з якими легшими елементами (вуглець, кисень чи водень) залізо могло б утворити сполуки впродовж процесу формування земного ядра. Великого значення при цьому набув спеціальний ефект, який науковці називають ізотопним фракціонуванням.
При цьому різні ізотопи заліза, залежно від їхньої атомної маси та сили тиску, взаємодіють дещо по-іншому з легшими елементами. З огляду на те, що на етапі створення земного ядра залізо та залізні сполуки проникли вглиб з мантії, то всі проби порід мантії мали б засвідчувати специфічний ізотопний підпис, що відповідає ізотопному фракціонуванню.
У діамантовому пресі Шагар з колегами піддали дії високого тиску різні залізні сполуки. При цьому виявилося, що швидкість утворення ізотопів заліза (Fe-57, Fe-54) з воднем чи вуглецем мінімально відрізняються одне від одного. Відповідно, цей ізотопний ефект мусив би відображатися й у пробах породи, відібраних з мантії Землі. Але цього не сталося.
Так науковці змогли принаймні відкинути припущення, що водень і вуглець належать до легших елементів у ядрі Землі. В такий спосіб тепер потрібно перевірити й решту сполук заліза. Найвірогіднішими кандидатами на легкі елементи ядра науковці вважають кисень, кремній і сірку. Майбутні експерименти повинні засвідчити, які з цих елементів в процесі історії взаємодіяли з залізом під високим тиском, щоби зрештою утворити ядро нашої планети.
Jan Oliver Löfken
Geochemie: Welche leichten Elemente stecken im Erdkern?
Wissenschaft-aktuell.de, 02/05/2016
Зреферувала Соломія Кривенко
15.05.2016