Ядро Земли назвали самым большим хранилищем углерода на планете

Изучив, как сейсмические волны движутся через ядро Земли, геологи пришли к выводу, что в нем должно быть около 0,3-2% углерода. Это делает ядро самым большим резервуаром углерода на планете, считают ученые. Исследование опубликовал научный журнал Communications Earth & Environment.

"Мы знаем, что ядро Земли по большей части состоит из железа, однако плотность последнего заметно выше, чем у ядра. Это говорит о значительной доле легких элементов, одним из которых может быть углерод. Мы выяснили, насколько большими могут быть его запасы", – рассказал один из авторов исследования, доцент Института штата Флорида Майнак Мукерджи.

Ядро Земли состоит из двух слоев: твердого металлического ядра и окружающего его жидкого слоя из расплавленных железа и никеля. Эта жидкость постоянно движется подобно тому, как кружит вода в кипящем чайнике. В результате возникает магнитное поле, которое защищает Землю от космических лучей, вспышек на Солнце и других опасных космических явлений.

Геологов давно интересует, как происходит это движение, и какие процессы внутри ядра приводят к периодическим переворотам магнитных полюсов Земли, а также к ослаблениям и усилениям магнитного поля. Для ответа на этот вопрос крайне важно знать точный состав жидкого и твердого ядра, так как присутствие небольших примесей других элементов может заметным образом поменять характер движения потоков в ядре.

Мукерджи и его коллеги выяснили, что значительную долю этих примесей составляет углерод, который, предположительно, попал в нижние слои недр планеты еще в первые мгновения жизни Солнечной системы. Ученые пришли к такому выводу при создании компьютерной модели ядра и мантии Земли, способной воспроизвести появление самых глубинных источников сейсмических волн.

Первые наблюдения за подобными колебаниями, которые были проведены еще в начале 1990-х годов, указали, что жидкое ядро Земли примерно на 3% состоит из различных примесей. Их состав оставался загадкой для ученых, так как ни один потенциальный кандидат на эту роль, в том числе кислород, сера, кремний и углерод, не могли объяснить всех странностей в поведении глубинных источников сейсмических волн.

Американские геологи впервые смогли разрешить эти противоречия. Это стало возможным благодаря тому, что они детально просчитали, как ведут себя расплавы углерода в железе при широком наборе давлений и температур. Аналогичные данные Мукерджи и его коллеги получили для азота, кремния, кислорода, серы и водорода.

Опираясь на эти расчеты, исследователи создали набор компьютерных моделей недр Земли, которые детально описывали характер круговорота материи внутри жидкого ядра. При их помощи геологи просчитали то, как с ними будут взаимодействовать глубинные сейсмические волны, и сопоставили результаты этих расчетов с данными реальных наблюдений.

Оказалось, что все их особенности воспроизводились теми моделями жидкой части ядра Земли, которые включали очень большие запасы углерода, около 0,3-2% от общей его массы, а также значимые количества кислорода. Это означает, что в центре планеты сосредоточено почти 95% массы земного углерода, что делает ядро самым большим резервуаром этого элемента на нашей планете.

Как столь большие количества углерода попали туда, геологи пока не могут сказать. Они предполагают, что углерод находился в центре Земли фактически с первых фаз ее формирования. Если это действительно так, ученым придется пересмотреть текущие представления о том, как углерод вел себя во время образования планеты, подытожили Мукерджи и его коллеги.