Внутренние слои Земли остывают быстрее, чем думали ученые

Земля сформировалась 4,5 миллиарда лет или около того назад. С тех пор она медленно остывает изнутри. В то время как температура поверхности и атмосферы колеблется на протяжении веков (и да, в настоящее время внешние температуры потеплели), расплавленные внутренние слои - бьющееся сердце нашей планеты - все это время охлаждались.

Это не просто метафора. Вращающееся, конвективное динамо глубоко внутри Земли генерирует ее огромное магнитное поле - невидимую структуру, которая, по мнению ученых, защищает наш мир и позволяет жизни процветать. Кроме того, считается, что мантийная конвекция, тектоническая активность и вулканизм способствуют поддержанию жизни благодаря стабилизации глобальных температур и углеродного цикла.

Поскольку недра Земли все еще остывают и будут продолжать остывать, это означает, что в конечном итоге недра затвердеют, и геологическая активность прекратится, возможно, превратив Землю в бесплодную скалу, подобную Марсу или Меркурию. Новые исследования показали, что это может произойти раньше, чем предполагалось ранее.

Ключом к разгадке может быть минерал на границе между внешним железо-никелевым ядром Земли и расплавленной жидкой нижней мантией над ним. Этот пограничный минерал называется бриджманит, и от того, насколько быстро он проводит тепло, зависит скорость просачивания тепла через ядро и в мантию.

Определить эту скорость не так просто, как проверить теплопроводность бриджманита в атмосферных условиях. Теплопроводность может меняться в зависимости от давления и температуры, которые сильно отличаются в глубине нашей планеты.

Чтобы преодолеть эту трудность, группа ученых под руководством планетолога Мотохико Мураками из ETH Zurich в Швейцарии облучала монокристалл бриджманита импульсными лазерами, одновременно повышая его температуру до 2440 Кельвинов и давление до 80 гигапаскалей, что близко к известным нам условиям в нижней мантии - до 2630 Кельвинов и 127 гигапаскалей давления.

"Эта система измерений позволила нам показать, что теплопроводность бриджманита примерно в 1,5 раза выше, чем предполагалось, - сказал Мураками.

В свою очередь, это означает, что тепловой поток от ядра к мантии выше, чем мы думали - и, следовательно, скорость охлаждения земных недр выше, чем мы думали.

И этот процесс может ускориться. При охлаждении бриджманит превращается в другой минерал, называемый постперовскитом, который обладает еще большей теплопроводностью и, следовательно, увеличивает скорость потери тепла из ядра в мантию.

"Наши результаты могут дать нам новый взгляд на эволюцию динамики Земли", - сказал Мураками. "Они предполагают, что Земля, как и другие каменистые планеты Меркурий и Марс, остывает и становится неактивной гораздо быстрее, чем ожидалось".

Что касается того, насколько быстрее, то это неизвестно. Охлаждение целой планеты - это то, что мы не очень хорошо понимаем. Марс остывает немного быстрее, потому что он значительно меньше Земли, но есть и другие факторы, которые могут играть роль в том, как быстро остывает внутренняя часть планеты.

Например, при распаде радиоактивных элементов может выделяться тепло, достаточное для поддержания вулканической активности. Такие элементы являются одним из основных источников тепла в мантии Земли, но их вклад недостаточно хорошо изучен.

"Мы все еще недостаточно знаем о подобных событиях, чтобы точно определить их время", - говорит Мураками.

Однако, скорее всего, этот процесс не будет быстрым по человеческим масштабам, в любом случае, если он упадет. На самом деле, возможно, что Земля станет непригодной для жизни по другим причинам задолго до этого. Так что у нас, возможно, есть немного времени, чтобы поработать над этой проблемой, чтобы разобраться в ней.

Исследование группы было опубликовано в журнале Earth and Planetary Science Letters.