На границе ядра и мантии Земли обнаружили кремниевый "снег"

Геологи выяснили, что недавно открытые сейсмические аномалии на границе между мантией и ядром Земли можно объяснить тем, что в этой зоне постоянно идут своеобразные кремниевые "снега", покрывающие границу между этими прослойками литосферы тонким слоем твердых кристаллов из соединения железа и кремния. Работа опубликована в журнале Nature. О результатах сообщила в пятницу пресс-служба университета штата Аризона (ASU).

"Если во внешних слоях ядра Земли присутствует достаточное количество водорода и кремния, то тогда внутри него могут возникать своеобразные частицы кремниевого "снега". Наши расчеты показывают, что подобные экзотические кремниевые "снега" начинают выпадать на границе между ядром и мантией, а также свидетельствуют о том, что они могут играть значимую роль в охлаждении недр Земли на большой глубине", - пояснил научный сотрудник ASU Фу Суюй, чьи слова приводит пресс-служба вуза.

Недра Земли состоят из нескольких слоев - твердой земной коры, полужидкой мантии и расплавленного внешнего и твердого внутреннего металлического ядра. В последние годы геологов интересует то, как устроена граница между ядром и мантией и какие процессы происходят в этой зоне литосферы. Интерес ученых к этой части недр Земли обусловлен большим числом сейсмических аномалий, открытых за последние годы.

Исследователи выяснили, что многие из этих аномалий в устройстве границы между ядром и мантией Земли можно объяснить тем, что в этой части литосферы постоянно идут осадки в виде "снега", состоящего из твердых кристаллов из соединения железа и кремния.

Кремниевый "снег" в недрах Земли

Ученые пришли к такому выводу в ходе опытов, в рамках которых они воссоздали материю внешних слоев жидкой части ядра Земли и проследили за ее поведением при наличии различных типов примесей в данной части литосферы. Для получения аналога материи ядра ученые разместили смесь из железа и кремния внутри специальной капсулы, сжали ее до давления в 1,23 млн атмосфер и при этом нагрели ее при помощи лазера до температуры в 3,42 тыс. градусов Цельсия.

Наблюдения показали, что присутствие небольших количеств водорода и аргона внутри этих капсул приводило к возникновению любопытного феномена, который геологи назвали кремниевым "снегом". Он проявлялся в том, что во внешних слоях сжимаемой материи ядра возникали кристаллы из соединения железа и кремния, которые постепенно мигрировали в сторону внешней границы ядра и оседали там.

Чем больше водорода присутствовало в материи ядра, тем больше кремния содержалось внутри "снега" и тем стабильнее он был. Как отмечают геологи, формирование прослойки из таких кристаллов на границе между ядром и мантией объясняет существование многих сейсмических аномалий в этом регионе литосферы, в толще которых движение сейсмических волн необъяснимым образом замедляется.

Кроме того, ученые предполагают, что небольшая доля частиц этого кремниевого снега может попадать в мантию, откуда они могут достигать поверхности Земли. Это, в частности, может объяснять присутствие пород с аномальным изотопным составом, характерным для ядра Земли, в застывшей лаве некоторых островных вулканов в Тихом океане, подытожили Фу Суюй и его коллеги.