Компьютерное моделирование однозначно поддерживает новую теорию ядра Земли

Шведские исследователи представили в Интернете доказательства правильности своей теории о земном ядре. Эти исследования могут иметь значение для нашего понимания о том, как остывала Земля, и о стабильности магнитного поля нашей планеты.

Давно было известно, что внутреннее ядро земли - сфера, проявляющей себя как твердое тело с радиусом приблизительно 1200 км, главным образом состоящая из железа. Сейсмические исследования, проведенные в свое время, показали анизотропность свойств ядра Земли: упругие волны проходят через ядро быстрее в направлении параллельном оси Земли, нежели в направлении параллельном экватору. Это явление тогда не имело объяснения. При тех высоких температурах, которые имеются в центре Земли, эти волны должны были проходить во всех направлениях с одинаковой скоростью.

В недавних исследованиях ученые из университета Уппсалы (Uppsala University) с коллегами из KTH представили объяснение анизотропности ядра Земли, опубликованное в ряде статей в «Nature» и «Science». Первоначально, в 2003 году эти ученые выдвинули теоретическое доказательство что ядро земли принимает так называемую объемно-центрированную кубическую кристаллическую структуру и при высоком уровне симметрии проявляет удивительно высокий уровень упругой анизотропии.

Эта теория о кристаллической структуре ядра Земли противоречила преобладающему в то время представлению, но с тех пор «голая» теория нашла, и экспериментальную и более развитую теоретическую поддержку. В последних исследованиях были смоделированы условия, имеющие место в центре Земли, через которые были пропущены сейсмические волны. При этом, волны двигались с разницей по скорости примерно в 12% по разным направлениям. Сначала результаты были рассчитаны для нескольких миллионов атомов при их сильном взаимодействии друг с другом. На этом базисе была построена компьютерная модель для поведения звуковых волн при прохождении железа при условиях, преобладающих в ядре Земли.

«Мы нашли, что объемно-центрированная кубическая структура железа - единственная структура, которая могла бы соответствовать экспериментальным наблюдениям», заявил Borje Johansson, профессор из университета Уппсалы

Тепловой баланс Земли, как и магнитное поле, зависят от количества тепла, запасенного во внутреннем ядре планеты. Оно, в свою очередь, зависит от кристаллической структуры железа во внутреннем ядре. Предварительно эти оценки базировались на моделях, основанных на структуре гексагонального кристалла железа во внутреннем ядре.

Открытие шведских ученых повлечет за собой критическую переоценку теорий охлаждения Земли и стабильности магнитного поля и откроет новые перспективы для понимания прошлого, настоящего и будущего нашей планеты.

В своих исследованиях ученые использовали модели, основанные на так называемой плотностно-функциональной теории, за которую Уолтер Кон (Walter Kohn) был удостоен Нобелевской Премии в 1999 году. Для вычислений были использованы наиболее мощные компьютеры из существующих в Стокгольме и Линкопинге.