Исследователи Уральского федерального университета (УрФУ) спроектировали модель, благодаря которой можно описать процессы, происходящие внутри Земли. Согласно разработке, ядро планеты состоит из твердой внутренней и жидкой внешней частей, между которыми находится «рыхлая» прослойка. На поверхности твердой области образуются «ветви» (дендриты) — твердые сложные ветвистые кристаллы. Работа ученых опубликована в журнале Crystals.
Кристаллы образуются внутри Земли в условиях, отличающихся от тех, что формируются на поверхности планеты. По словам ученых, главными отличиями являются 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.
Температура ядра планеты оценивается в 5000—6000°С. Оно в основном состоит из железа, поэтому его масса приравнивается к трети Земли. У ее самой глубокой центральной части есть твердая область радиусом 1300 километров, а также жидкая, то есть расплавленная зона.
Жидкая окутывает твердую часть и циркулирует вокруг нее, а находящаяся между ними «рыхлая» прослойка обладает одновременно свойствами как внутренней, так и внешней областей ядра планеты.
Ученые разработали специальную математическую модель, с помощью которой смогли описать структуру и составить схему того, что происходит в двухфазной поверхности ядра планеты. Также удалось определить концентрацию и долю примесей в твердой части, среднюю скорость движения жидкости, толщину двухфазной области и расстояния между дендритами.
Оказалось, что «ветви» могут быть разной высоты, некоторые достигают 300 километров, при этом рост происходит очень медленно — около 18 метров в 10 тысяч лет. Расстояние между кристаллами составляет от 10 до 100 метров, а между потоками расплава может доходить до километра.
Ученые отмечают, что расстояние между дендритами уменьшается при увеличении скорости кристаллизации и динамической вязкости расплава.
Ранее ученые рассказали, откуда в ядре Земли появился новый слой.
Анна Морозова
