Геофизики из международной группы провели исследование внутреннего ядра Земли, чтобы определить характер тепловой конвекции. В процессе работы ученые выявили области с максимальной и минимальной температурой, расположенные в центре планеты.
В 1936 году датский физик Инге Леманн предложил современную модель ядра Земли, представляющую собой неоднородный объект, состоящий из твердого внутреннего и расплавленного внешнего слоев. С течением времени методы изучения недр нашей планеты совершенствовались, что привело к углублению представлений о ее строении. В частности, внутреннее ядро Земли играет пассивную, но важную роль в перемешивании внешнего и, как следствие, поддержании постоянства магнитного поля.
В связи с объективными причинами, такими как расположение внутреннего ядра на глубине более пяти тысяч километров, знания человечества о структуре центра Земли остаются ограниченными. К примеру, температура плавления железа, основного компонента внутреннего ядра, при давлении, существующем на такой глубине, колеблется от 5000 Кельвин (4726,85 °C) до 7000 Кельвин (6726,85 °C) в зависимости от примесей и условий. Также неопределенной остается и теплопроводность сердцевины.
Австралийские, китайские и европейские геофизики провели исследование, направленное на определение характера термоконвекции во внутреннем ядре Земли. Для этого исследователи проанализировали данные о времени распространения сейсмических волн PKIKP и PKiKP (эти волны проходят через центр планеты: первые проникают под границу внутреннего ядра и регистрируются раньше, а вторые отражаются от нее и фиксируются позже). На основе разницы во времени прибытия 5477 волн ученые создали трехмерную модель верхнего слоя внутреннего ядра Земли, отображающую температурные градиенты. Результаты научной работы опубликованы в журнале Scientific Reports.
Анализ томограммы внешнего слоя внутреннего ядра, полученной на глубине 100 километров, показал ряд характерных черт. Волновые сжатия (P-волны) распространялись по восточной части земного шара быстрее, чем по западной, несмотря на наличие выступа от Атлантики до Центральной Америки, который, казалось бы, должен был замедлить их прохождение. Исследователи, определив температуру по степени затухания волн, выявили самую холодную область под северной частью Атлантического океана — там температура поверхности внутреннего ядра оказалась на 200 Кельвин ниже средней.
Наиболее выраженные температурные аномалии были зафиксированы по обе стороны от зоны с низкой температурой — в северной части Южной Америки, где температура на 600 Кельвин превышает средний показатель, и в обширной области на юге Азии, простирающейся от Средиземноморья до восточной Австралазии, где наблюдается повышение температуры на 300 Кельвин. На основании этих данных авторы сделали вывод о том, что кристаллы железа во внутреннем ядре, скорее всего, расположены радиально, отходя от указанных горячих точек вдоль поверхности. Такие анизотропные характеристики свидетельствуют о сложном характере тепловой конвекции в центре Земли, где присутствуют как внутренние, локализованные источники нагрева, так и нелокализованные.
Авторы связывают необычную анизотропную ориентацию кристаллов железа тем, что когда-то в прошлом конвекция, возможно, охватила всю поверхность внутреннего ядра. Это привело к формированию стабильной структуры. С последующим остыванием ядра его центральная часть прекратила конвекцию, и кристаллы затвердели, сохранив ориентацию, зафиксированную сейсмографами. При этом внешняя оболочка продолжает участвовать в процессах теплообмена.