Ученые рассказали, как внутри Земли вырастают трехсоткилометровые «ветви»
Исследователи УрФУ предложили модель, описывающую процессы в ядре Земли. Согласно этой модели, ядро нашей планеты состоит из твердой внутренней и жидкой внешней частей, между которыми находится «рыхлая» прослойка. На поверхности твердой части ядра образуются сложные ветвистые кристаллы – дендриты. Результаты опубликованы в журнале Crystals.
Кристаллизация ядра Земли происходит в условиях, которые сильно отличаются от формируемых на поверхности планеты, рассказали ученые Уральского федерального университета (УрФУ). По их словам, главными отличиями являются: чрезвычайно медленная скорость кристаллизации, сильная зависимость температуры фазового превращения от давления, более высокая температура затвердевшего ядра по сравнению с окружающей жидкостью и значительное влияние конвекции в процессе затвердевания.
«
"К примеру, ускорение свободного падения у ядра Земли примерно в два раза меньше, чем на поверхности. Давление доходит примерно до 3,7 млн атмосфер или 375 ГПа, тогда как на поверхности Земли оно меньше почти в 4 млн раз и составляет примерно 101 кПа", – сообщил руководитель лаборатории многомасштабного математического моделирования УрФУ Дмитрий Александров.
Руководитель лаборатории многомасштабного математического моделирования УрФУ Дмитрий Александров
Математическое моделирование в УрФУРуководитель лаборатории многомасштабного математического моделирования УрФУ Дмитрий АлександровМатематическое моделирование в УрФУ
Ученый пояснил, что температура ядра Земли оценивается в 5000-6000 градусов Цельсия. Так как ядро состоит в основном из железа, то оно весит около трети массы всей планеты. У самой глубокой центральной части планеты, есть твердая внутренняя область радиусом около 1300 км и внешняя, жидкая (расплавленная) зона.
Внешняя, жидкая часть окутывает внутреннюю твердую и циркулирует вокруг нее. Между этими частями находится переходная «рыхлая» прослойка, где присутствуют и твердая, и жидкая фазы. Рыхлая прослойка обладает одновременно свойствами и внутренней, и внешней частей ядра планеты.
28 ноября, 05:00
Для понимания процессов, происходящих на границе слоев планеты, в УрФУ провели математическое моделирование кристаллизации с учетом наличия твердого и жидкого слоев. С помощью разработанной модели исследователи определили долю и концентрацию примесей в твердой части ядра, толщину двухфазной области, среднюю скорость движения жидкости и расстояния между дендритами.
«Расчеты позволили нам описать структуру и составить схему того, что происходит у двухфазной поверхности ядра Земли. В частности, мы выяснили, что могут быть дендриты разной высоты, некоторые из них достигают 300 километров. Растут они крайне медленно – примерно до 18 метров за 100 000 лет. Среднее расстояние между дендритами составляет от 10 до 100 метров, а расстояние между потоками расплава доходит до одного километра», – рассказал Александров.
В исследовании отмечается, расстояние между дендритами уменьшается при увеличении скорости кристаллизации и расплава, а также при увеличении динамической вязкости расплава.
Исследование было выполнено при поддержке Российского научного фонда и Минобрнауки России.