Большая часть земного углерода может быть скрыта во внутреннем ядре планеты

По меньшей мере две трети углерода Земли может быть во внутреннем ядре, что делает его крупнейшим углеродным резервуаром планеты. По крайней мере так показывает новая модель, которую даже ее сторонники называют «провокационной и спекулятивной». Но давайте разберемся.

В статье, которая будет опубликована в трудах Национальной академии наук на этой неделе, ученые Мичиганского университета и их коллеги предполагают, что карбид железа Fe7C3 хорошо подходит для объяснения показателей плотности и скорости звука во внутреннем ядре Земли при соответствующих условиях.

Если модель окажется правильной, она поможет разрешить несколько спорных наблюдений, которые ставили в тупик ученых много десятилетий. Так считают авторы работы в PNAS.

Первый автор — Бин Чен, проработавший в Мичиганском университете довольно долго, а позже принявший факультативную должность в Университете Гавайев в Маноа. Главный исследователь проекта — Джи Ли — доцент кафедры наук о Земле и окружающей среде в Мичиганском университете.

    «Углеродная модель внутреннего ядра стыкуется с нынешними космохимическими, геохимическими и петрологическими ограничениями, но является провокационной и спекулятивной гипотезой, которая нуждается в дальнейших экспериментах, — пишет Ли. — Если тесты подтвердят теорию, модель предполагает, что по меньшей мере две трети земного углерода скрыты в центральной области планеты, что делает ее крупнейшим резервуаром углерода на Земле».

В настоящее время широко признано, что внутреннее ядро Земли состоит из кристаллического железа, легированного небольшим количеством никеля и некоторых легких элементов. Тем не менее сейсмические волны (S-волны), которые проходят через внутреннее ядро, набирают в два раза меньшую скорость, чем ожидается при условии богатых железом сплавов при соответствующем давлении.

Некоторые ученые связывают скорость S-волн с наличием жидкости, ставя под вопрос прочность внутреннего ядра. В последние годы для объяснения дефицита плотности ядра Земли предлагается и присутствие других легких элементов, в том числе серы, углерода, кремния, кислорода и водорода.


Карбид железа совсем недавно стал ведущим кандидатом в компоненты внутреннего ядра. В работе, которая будет опубликована в PNAS, ученые заключают, что наличие карбида железа может объяснить аномально медленные S-волны, таким образом устраняя необходимость частичного плавления.

    «Эта модель входит в противоречие с традиционным взглядом, что Земля бедна на углерод, а также ставит под вопрос наше понимание аккреции Земли и ее дифференциации», — пишут авторы.

В своем исследовании ученые использовали различные экспериментальные методы для испытаний карбида железа скоростью звука и давлением земного ядра. В дополнение к этому, они обнаружили аномальный эффект спинового перехода железа на скорости звука.