Новое исследование показало, что углерод сыграл ключевую роль в формировании твердого внутреннего ядра Земли, позволив расплавленному ядру замерзнуть и стабилизировать магнитное поле, защищающее нашу планету. Без этого элемента глубины Земли — и жизнь на ее поверхности — могли бы выглядеть совершенно иначе. Ученые из Оксфордского, Лидского и Лондонского университетов определили, что для начала кристаллизации ядро должно было содержать 3,8% углерода.
Внутреннее ядро Земли, состоящее из твердого железа, медленно растет по мере остывания и замерзания окружающего его жидкого внешнего ядра. Однако этот процесс долгое время был предметом споров. Дело в том, что для замерзания расплавленное железо должно быть переохлаждено. Предыдущие расчеты показывали, что для чистого железа потребовалось бы переохлаждение на 800-1000 °C, что привело бы к катастрофическим последствиям, таким как резкий рост внутреннего ядря и отказ магнитного поля.
С помощью компьютерного моделирования ученые изучили, как присутствие других элементов — кремния, серы, кислорода и углерода — влияет на процесс замерзания. Они обнаружили, что кремний и сера, вопреки ожиданиям, замедляют этот процесс. В то же время углерод, наоборот, его ускоряет. Моделирование показало, что при содержании углерода в 3,8% от массы ядра необходимое переохлаждение снижается до 266 °C, что соответствует приемлемым значениям.
Это единственный известный состав, который может объяснить как начало кристаллизации (нуклеацию), так и наблюдаемый размер внутреннего ядра. Результаты исследования указывают на то, что содержание углерода в ядре Земли может быть выше, чем считалось ранее, и что без него формирование твердого внутреннего ядра могло бы и не произойти. Кроме того, эксперименты показали, что замерзание стало возможным без «зародышей кристаллизации», что также является важным открытием.
