Новое исследование Университета штата Флорида и Университета Райса дает более точную оценку количества углерода во внешнем ядре Земли, и эта работа предполагает, что оно может быть крупнейшим резервуаром этого элемента на планете. По оценкам исследования, опубликованного в журнале Communications Earth & Environment, от 0,3 до 2,0% внешнего ядра Земли составляет углерод.
Хотя процент углерода там невелик, его объем огромен, потому что внешнее ядро очень велико. Исследователи подсчитали, что внешнее ядро содержит от 5,5 до 36,8×10^24 граммов углерода - огромное количество.
Понимание состава ядра Земли — одна из ключевых проблем в науках о твердой Земле. Мы знаем, что ядро планеты в основном состоит из железа, но плотность железа выше, чем у ядра. В ядре должны быть более легкие элементы, уменьшающие его плотность. Углерод — один из вероятных претендентов, и исследование дает более точные ограничения на то, сколько его там может быть.
Предыдущие исследования оценили общее количество углерода на планете. Эта работа уточняет оценки содержания углерода на Земле до диапазона от 990 частей на миллион до более чем 6400 частей на миллион. Это будет означать, что ядро Земли, которое включает как внешнее, так и внутреннее ядра, может содержать от 93 до 95 процентов углерода планеты.
Поскольку люди не могут получить доступ к ядру Земли, они должны использовать косвенные методы для его анализа. Исследовательская группа сравнила известную скорость звуковых волн сжатия, распространяющихся через Землю, с компьютерными моделями, имитирующими различные составы железа, углерода и других легких элементов в условиях давления и температуры внешнего ядра Земли.
Когда скорость звуковых волн в наших симуляциях соответствовала наблюдаемой скорости звуковых волн, распространяющихся через Землю, мы знали, что симуляции соответствовали фактическому химическому составу внешнего ядра.
Ученые и раньше пытались дать диапазон количества углерода во внешнем ядре. Это исследование сужает этот возможный диапазон, включая другие легкие элементы, а именно кислород, серу, кремний, водород и азот, в модели, оценивающие состав внешнего ядра. Так же, как водород, кислород и другие элементы, углерод является жизненно важным элементом. Это часть того, что делает возможной жизнь на Земле.
Знание того, сколько углерода существует на Земле, поможет ученым лучше понять состав как нашей планеты, так и каменистых планет в других частях Вселенной.
За последнее десятилетие было проведено множество мероприятий по определению углеродного баланса ядра Земли с использованием космохимических и геохимических моделей. Однако это оставалось открытым вопросом из-за множества неопределенных параметров процесса аккреции и строительных блоков каменистых планет. Что интересно в этом исследовании, так это то, что оно дает прямую оценку современного углеродного бюджета внешнего ядра Земли. Следовательно, это, в свою очередь, поможет сообществу лучше определить возможные планетарные ингредиенты и начальные процессы.