Ученые из Геттингенского университета обнаружили веские доказательством того, что материал на самом деле вытекает из ядра Земли и выталкивается на поверхность струями горячей магмы. Работа опубликована в журнале Nature.
Ядро Земли понемногу вытекает на поверхность
Исследователи подвергают сомнению хрестоматийную картину строения Земли, которая гласит: все, что происходит в плотном металлическом ядре планеты, там и остается. Анализ пород с вулканических островов Гавайев обнаружил веские доказательством, что материал на самом деле вытекает из ядра и выталкивается на поверхность струями горячей магмы.
Гавайи. Вулканы. Unsplash
Мы еще недавно были уверены, что никогда не увидим материал, сформировавшийся в ядре Земли. Но оказалось, что это не так.
«Этот набор данных послужит опорой для новых исследований, поскольку геохимическое сообщество переосмысливает историю мантии и Земли», — говорит Форрест Хортон, геохимик и петролог из Океанографического института Вудс-Хоул в Массачусетсе.
Предыдущие исследования, изучавшие относительное содержание определенных изотопов — версий одного и того же элемента с разным атомным весом — предполагали, что некоторые вулканические породы содержат материал из ядра Земли. Некоторые породы с Баффиновой Земли в Канаде имеют необычно высокое содержание гелия-3 по сравнению с более распространенным гелием-4. Также отмечались аномалии в соотношениях изотопов вольфрама и водорода. Эти сигнатуры могут указывать на материал, который возник в результате обменов, происходящих примерно в 2900 километрах под поверхностью планеты, на границе между ядром, которое в основном состоит из железа и никеля, и мантией.
Структура Земли.
Но эти ранние замеры изотопов были «не однозначными», говорит Маттиас Виллболд, геохимик из Геттингенского университета в Германии и соавтор последнего исследования. — «Гелий и водород не являются специфическими элементами в ядре. Они могут быть частью мантии».
В поисках более убедительных доказательств Виллболд и его коллеги на рутении, редком металле, похожем на платину, который, концентрируется в ядре. Ученые измерили относительное количество атомов рутения с атомным весом 100, 101 и 102 в образцах горных пород на Гавайях. Это идеальное место для поиска горных пород, которые могли бы возникнуть в самой глубокой мантии, говорит Виллболд, потому что острова Гавайев образованы в том месте, где магма, предположительно происходящая из самой глубокой мантии, извергается через земную кору.
Контрольная сигнатура
Чтобы получить надежные данные, соавтор Виллболда, геохимик из Геттингена Нильс Месслинг, должен был усовершенствовать технику извлечения крошечных следов рутения из образцов горных пород, прежде чем пропускать их через масс-спектрометр. «Ожидаемые различия были настолько малы, что предыдущие анализы не смогли бы уловить этот сигнал», — говорит Виллболд. Группа обнаружила, что сигнатуры изотопов рутения существенно отличались от тех, которые наблюдались в других местах земной коры.
Гавайи. Вулканы.
Результаты соответствуют тому, что ожидалось, учитывая геологическую историю планеты, говорит Виллболд. Ядро Земли образовалось более четырех миллиардов лет назад, тогда как мантия и кора содержат много материала от более поздней бомбардировки метеоритами. Это означает, что эти разные регионы Земли имеют различные изотопные концентрации, которые могут быть отражены в различиях между ядром, мантией и корой, говорит Виллболд.
Результат также является доказательством того, что струя магмы, переносящая материал на поверхность, «должна начинаться на границе ядра и мантии», говорит Виллболд. Хортон соглашается, что доказательства убедительны, хотя он добавляет, что может быть слишком рано полностью исключать альтернативные объяснения. Дополнительные доказательства могут быть получены при изучении образцов из других вулканических точек.