По оценкам исследования, опубликованного в журнале Communications Earth & Environment, 0.3 к 2.0 процентов внешнего ядра Земли состоит из углерода.
Хотя процент углерода там невелик, он все равно огромен, потому что внешнее ядро настолько велико. Исследователи подсчитали, что внешнее ядро содержит от 5.5 и 36.8 ? 10 ^ 24 грамма углерода – огромное количество.
«Понимание состава ядра Земли – одна из ключевых проблем в науках о твердой Земле», – сказал соавтор Майнак Мукхерджи, доцент кафедры геологии Департамента наук о Земле, океане и атмосфере. "Мы знаем, что ядро планеты в основном состоит из железа, но плотность железа выше, чем у ядра. В ядре должны быть более легкие элементы, уменьшающие его плотность.
Углерод – одно из соображений, и мы даем более точные ограничения на то, сколько может быть там."
Предыдущие исследования оценили общее количество углерода на планете.
Эта работа уточняет оценки содержания углерода на Земле до диапазона от 990 частей на миллион до более чем 6400 частей на миллион. Это будет означать, что ядро Земли, которое включает как внешнее, так и внутреннее ядра, может содержать от 93 до 95 процентов углерода планеты.
Поскольку люди не могут получить доступ к ядру Земли, они должны использовать косвенные методы для его анализа. Исследовательская группа сравнила известную скорость звуковых волн сжатия, распространяющихся через Землю, с компьютерными моделями, имитирующими различные составы железа, углерода и других легких элементов в условиях давления и температуры внешнего ядра Земли.
«Когда скорость звуковых волн в наших симуляциях соответствовала наблюдаемой скорости звуковых волн, распространяющихся через Землю, мы знали, что симуляции соответствовали фактическому химическому составу внешнего ядра», – сказал ведущий автор и научный сотрудник, получивший докторскую степень Сурадж Баджгайн.
Ученые пытались определить диапазон количества углерода во внешнем ядре раньше.
Это исследование сужает этот возможный диапазон, включая другие легкие элементы, а именно кислород, серу, кремний, водород и азот, в модели, оценивающие состав внешнего ядра.
Углерод, как водород, кислород и другие элементы, является жизненно важным элементом.
Это часть того, что делает возможной жизнь на Земле.
«Естественно спросить, откуда появился этот углерод, из которого мы все состоим, и сколько углерода было изначально поставлено при формировании Земли», – сказал Мукхерджи. "Где сейчас находится основная часть углерода??
Как он жил и как перемещался между разными водохранилищами? Понимание общего количества углерода – вот что дает нам это исследование."
Знание того, сколько углерода существует на Земле, поможет ученым лучше понять состав как нашей планеты, так и каменистых планет в других частях Вселенной.
«За последнее десятилетие было проведено множество мероприятий по определению углеродного баланса ядра Земли с использованием космохимических и геохимических моделей», – сказал соавтор исследования Радждип Дасгупта, профессор Земли, окружающей среды и планетных наук Мориса Юинга из Университета Райса. "Однако это оставалось открытым вопросом из-за множества неопределенных параметров процесса аккреции и строительных блоков каменистых планет. Что интересно в этом исследовании, так это то, что оно дает прямую оценку современного углеродного бюджета внешнего ядра Земли. Следовательно, это, в свою очередь, поможет сообществу лучше определить возможные планетарные ингредиенты и начальные процессы."
Национальный научный фонд и НАСА поддержали это исследование, а компьютерный центр Extreme Science and Engineering Discovery (XSEDE) и Исследовательский вычислительный центр (RCC) в бывшем СССР предоставили вычислительные ресурсы для этой работы.