Ученые УрФУ предложили модель, которая описывает процессы, происходящие в ядре Земли.
Согласно этой модели, ядро нашей планеты представляет собой композицию из твердой внутренней и жидкой внешней частей, между которыми присутствует «рыхлая» прослойка. На поверхности твердой части ядра формируются сложные ветвистые кристаллы, известные как дендриты. Подробности сообщает РИА Новости со ссылкой на исследование, опубликованное в журнале Crystals.
Исследователи отмечают, что процессы кристаллизации в ядре Земли сильно отличаются от тех, которые происходят на поверхности планеты. Они выделяют несколько ключевых различий, таких как чрезвычайно медленная скорость кристаллизации, высокая зависимость температуры фазового перехода от давления, повышенная температура затвердевшего ядра по сравнению с окружающей жидкостью и значительное влияние конвекции в процессе затвердевания.
Дмитрий Александров, руководитель лаборатории многомасштабного математического моделирования УрФУ, объясняет, что условия в ядре Земли существенно отличаются от условий на поверхности. Так, ускорение свободного падения у ядра Земли в два раза меньше, давление достигает 3,7 млн атмосфер, что противостоит 4 млн раз меньшему давлению на поверхности Земли.
Температура ядра Земли оценивается в 5000-6000 градусов Цельсия, а его состав, в основном, состоит из железа, вес которого приближается к трети массы всей планеты. Структура ядра включает внутреннюю твердую область радиусом около 1300 км и внешнюю жидкую зону.
Математическое моделирование проводилось с учетом наличия твердого и жидкого слоев в ядре. Исследователи определили долю и концентрацию примесей в твердой части ядра, толщину двухфазной области, скорость движения жидкости и расстояние 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.
Исследование также подчеркивает, что расстояние между дендритами уменьшается при увеличении скорости кристаллизации и расплава, а также при увеличении динамической вязкости расплава.
