Взаимодействие железа с никелем объясняет различия в структуре Земли и других небесных тел

Москва, 17:39, 22 Фев 2017, редакция FTimes.ru, автор Сергей Кузнецов.

Новая работа геохимика Стивена Елардо показывает, что взаимодействие железа с никелем при экстремальных давлениях и температурах, может помочь ученым понять период молодости нашей Солнечной системы, когда планеты формировались и создавались их ядра.

Земля и другие скалистые планеты образовались вокруг нашего молодого Солнца. В какой-то момент в ранние годы Земли, ее ядро формировалось через процесс, называемый дифференциацией, когда более плотные материалы, такие как железо, погрузились внутрь, к центру. Это сформировало современную многослойную композицию планеты, с железным ядром и силикатной верхней мантией и корой.

Ученые не могут взять образцы ядер планет, но они могут изучать химию железа, чтобы понять разницу между событием дифференциации Земли, и то, как этот процесс протекал на других планетах и астероидах.

Одним из методов исследования периода дифференциации Земли является изучение вариаций изотопов железа в образцах древних пород и минералов из глубин Земли, а также Луны и других планет или небесных тел.

Каждый элемент содержит уникальное и фиксированное число протонов, но число нейтронов в атоме может различаться. Каждое изменение является другим изотопом. В результате этой разницы в количестве нейтронов, изотопы имеют слегка различающиеся массы. Эти незначительные различия означают, что некоторые изотопы являются более предпочтительными для определенных реакций, что приводит к дисбалансу в соотношении каждого изотопа, включенного в конечные продукты этих реакций.

Загадкой были существенные различия между соотношениями изотопов железа в образцах застывшей лавы, которые извергались из верхней мантии Земли и образцами из примитивных метеоритов, астероидов, Луны и Марса.

Элардо имитировал условия, который находится глубоко внутри Земли и других планет для того, чтобы определить, почему изотопные соотношения железа могут изменяться под различными условиями планетарного формирования.

Он обнаружили, что никель является ключом к разгадке тайны.

При условиях, в которых Луна, Марс и ядро астероида Веста были сформированы, преимущественные взаимодействия с никелем сохраняют высокие концентрации легких изотопов железа в мантии. Однако, под нарастанием температуры давления в течение процесса формирования Земли, этот «эффект никеля» исчезает, что может помочь объяснить различия между земными лавами и других планетных тел, а сходство между мантией Земли и примитивными метеоритами.

«Еще много предстоит узнать о геохимической эволюции планеты», — сказал Элардо. «Но лабораторные эксперименты позволяют зондировать на глубины, которые мы не можем достичь и понять, как внутренности планет формируются и изменяются во времени».