Исследователи уточнили оценку количества углерода во внешнем ядре Земли

Исследование, опубликованное в журнале Связь Земля и окружающая среда, по оценкам, от 0,3 до 2,0 процента внешнего ядра Земли состоит из углерода.

Иллюстрация структуры Земли из моделирования для изучения состава внешнего ядра планеты. Темные сферы в ядре представляют собой железо, а желто-коричневые сферы – атомы углерода. Путь, пройденный атомами углерода во время моделирования, показан коричневыми линиями. Предоставлено: Сурадж Баджгаин.

Хотя процент углерода там невелик, он все равно огромен, потому что внешнее ядро ​​очень велико. Исследователи подсчитали, что внешнее ядро ​​содержит от 5,5 до 36,8 × 10²⁴ граммы углерода – огромное количество.

«Понимание состава ядра Земли – одна из ключевых проблем в науках о твердой Земле», – сказал соавтор Майнак Мукхерджи, доцент кафедры геологии Департамента наук о Земле, океане и атмосфере. «Мы знаем, что ядро ​​планеты в основном состоит из железа, но плотность железа больше, чем у ядра. В ядре должны быть более легкие элементы, уменьшающие его плотность. Углерод – одно из соображений, и мы даем более точные ограничения на то, сколько 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 распространения звуковых волн сжатия 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», – сказал ведущий автор и научный сотрудник, получивший докторскую степень Сурадж Баджгайн.

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.

«Естественно спросить, откуда появился этот углерод, из которого мы все состоим, и сколько углерода было изначально поставлено при формировании Земли», – сказал Мукхерджи. «Где сейчас находится основная часть углерода? Как он жил и как перемещался между разными водохранилищами? Понимание общего количества углерода – вот что дает нам это исследование ».

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», – сказал соавтор исследования Радждип Дасгупта, профессор Земли, окружающей среды и планетных наук Мориса Юинга из Университета Райса. . «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.