Кристализираното желязно ядро на Земята вероятно е несиметрично

Когато сеизмичните вълни преминават през нашата планета, те пътуват с около 3 процента по-бързо, когато се движат вертикално от полюс до полюс, отколкото хоризонтално от изток на запад.

Нови модели показват, че това най-вероятно се дължи на факта, че твърдото земно ядро расте по-бързо от едната страна – дълбоко под морето Банда на Индонезия – и по-бавно от другата страна, намираща се под Бразилия.

Някога планетата ни не е имала солидно ядро. В продължение на милиарди години на негово място вероятно се е намирала маса от разтопен материал. Най-накрая обаче течното желязо в центъра е започнало да се охлажда и втърдява.

Това означава, че центърът на Земята може би представлява един гигантски и нарастващ куп от кристализирано желязо. И когато всички тези кристали се подредят по определен начин, това най-вероятно позволява на сеизмичните вълни да пътуват по-бързо в определени посоки.

За да проверят по какъв точно начин се случва това подреждане, учените решават да проведат редица различни модели. Именно по този начин те се натъкват на едно наистина неочаквано обяснение – земното ядро нараства несиметрично.

„Най-простичкият модел изглеждаше леко необичайно – според него земното ядро е несиметрично - казва глобалният сеизмолог Даниел Фрост от Университета на Калифорния – Бъркли. – Западната страна изглежда по-различно от източната – чак до центъра, а не само в горната част на земното ядро, както някои предполагаха. Единственият начин, по който можем да обясним това е, че едната страна нараства по-бързо от другата.“

Невъзможно е да прокопаем дупка до земното ядро, за да видим какво точно се случва там. Ето защо съществуват множество дебати по темата. Разпространението на сеизмичните вълни и компютърните симулации са едни от малкото начини, по които можем да си отговорим (евентуално) на въпроса защо нашата планета се е образувала по този начин.

С помощта на най-различни компютърни модели, отчитащи земните геодинамики и физиката на железните минерали под високо налягане и температура, учените се опитват да открият защо земното ядро е структурирано по този начин.

Най-простото обяснение, което откриват, е че кристализираното ядро на Земята расте по-бързо при екватора и в частност – от източната си страна.

„Това съответства на растеж, който е 40 процента по-нисък при полюсите и 130 процента по-висок при екватора в сравнение със глобалната средна стойност - заключват авторите. – Растежът при екватора варира между източното и западното полукълбо съответно от 100 процента до 160 процента от глобалната средна стойност.“

Несиметричният растеж предполага, че някои от частите на земното ядро са по-топли, докато други – по-студени (което от своя страна позволява на железните кристали да се образуват по-бързо). Впоследствие гравитацията ускорява този излишен растеж по равно в мекото, но твърдо ядро, и по този начин поддържа една цялостна сферична форма и избутва кристалите към северния и южния полюси.

Изследователите обясняват, че именно това движение, предизвикано от гравитацията, подрежда кристалната решетка на земното ядро по ротационната ос на планетата.

Така е още от самото начало. Моделът подсказва, че този тип асиметричен растеж се наблюдава още от момента, в който интериорът на планетата е започнал да се охлажда и втърдява за първи път и нараства с радиус средно от 1 мм на година.

Ако този модел е точен и планетата наистина нараства с подобни размери, това означава, че твърдото земно ядро е относително скорошен феномен – то се е образувало между половин милиард и 1,5 милиарда години (по-малката стойност е по-вероятна).

Това е странно, тъй като земното магнитно поле е на най-малко 3 млрд. години. Смята се, че то се е образувало, когато топлината от кристализацията на желязото в земното ядро нагорещява стопения материал във външното ядро.

Ако земното ядро е наистина толкова младо, това означава, че магнитното поле на Земята не се е генерирало винаги по един и същи начин.

Според някои учени например първоначалното магнитно поле е било много по-слабо, отколкото е днес, и е било създадено от разтворени леки елементи, натрупващи се по външните покрайнини на земното ядро.

Едва когато тези елементи са започнали да се кристализират, казват учените, магнитното поле е започнало да става по-силно. Сеизмичните вълни пък, преминаващи през кристалното ядро, довеждат до електромагнитно поле, което познаваме днес.

Дори движенията на миниатюрните кристали дълбоко в земното ядро могат да доведат до образуването на големи сили.

Изследването е публикувано в Nature Geoscience.