Недра Земли остывают быстрее, чем ожидалось — новое исследование

Эволюция Земли — это история ее остывания: 4,5 млрд лет назад на поверхности молодой планеты царили экстремально высокие температуры, и она была покрыта океаном магмы. Потом за миллионы лет поверхность остыла, образовав хрупкую тонкую кору, на которой мы все живем. Однако и сейчас огромная тепловая энергия, исходящая из недр Земли, порождает такие процессы, как мантийная конвекция, тектоника плит и вулканизм. До сих пор остаются без ответа вопросы о том, насколько быстро Земля остыла и сколько времени может потребоваться, чтобы это охлаждение остановило подземную активность.

Ответ может заключаться в теплопроводности минералов, образующих границу между ядром Земли и мантией. Именно здесь вязкая порода мантии Земли находится в прямом контакте с расплавленным железоникелевым слоем ядра планеты. Разница температур в этом месте очень велика, поэтому здесь потенциально много тепла. Пограничный слой образован в основном минералом бриджманитом. Однако крайне сложно оценить, сколько тепла этот минерал проводит из ядра Земли в мантию.

Недавно профессор Высшей технической школы Цюриха Мотохико Мураками и его коллеги из Института науки Карнеги разработали сложную измерительную систему. Она позволяет проверить теплопроводность бриджманита в лаборатории при давлении и температуре, которые существуют внутри Земли.

Исследование было опубликовано в журнале Science Direct, об этом кратко сообщили в Высшей технической школе Цюриха.

«Система позволила нам показать, что теплопроводность бриджманита примерно в полтора раза выше, чем предполагалось», — говорит Мураками.

Это говорит о том, что поток тепла из ядра в мантию выше, чем считалось ранее. Больший тепловой поток, в свою очередь, ускоряет охлаждение Земли. Это может привести к тому, что тектоника плит будет замедляться быстрее, чем ожидали исследователи.

При охлаждении бриджманит превращается в минерал постперовскит. Но как только последний начнет преобладать на границе ядра и мантии, охлаждение может ускориться еще больше — этот минерал проводит тепло даже лучше, чем бриджманит.

«Результаты могут дать нам новый взгляд на эволюцию Земли. Они предполагают, что Земля, как и другие твердые планеты Меркурий и Марс, остывает и становится неактивной гораздо быстрее, чем ожидалось», — объясняет Мураками.

Однако он не может сказать, сколько времени потребуется, например, для прекращения движения в мантии. Для этого необходимо сначала лучше понять, как оно, собственно, происходит. Кроме того, ученым необходимо выяснить, как на движение вещества мантии влияет распад радиоактивных элементов в центре Земли, что тоже является одним из основных источников тепла.