Марс как химическая лаборатория: его ядро не перестает удивлять
У Марса, как и у Земли, есть жидкое ядро, и это уже подтверждено благодаря данным зонда NASA InSight, который работает на поверхности Красной планеты. Предполагается, что марсианское ядро состоит из расплавленного железа, в котором присутствуют легкие элементы, такие как сера. Температура в глубинах планеты настолько высока, что кристаллизация не начинается, но ученые смогли синтезировать необычный сульфид железа, который при особых условиях может превращаться в твердый.
Роль серы в марсианском ядре
Модели показывают, что марсианское ядро значительно богаче легкими элементами, чем земное. Это указывает на то, что процесс формирования планет из первичного вещества происходил по-разному. Ученые предполагают, что железное ядро Марса легировано серой. В солнечной туманности, из которой формировалась планетная система, серы было много. Во время расслоения недр сера проявила склонность к железу, а условия для выделения других легких элементов, таких как кремний или кислород, были недостаточно восстановительными и слишком высокотемпературными.
Текущий статус марсианского ядра
Прямых доказательств о том, что марсианское ядро полностью жидкое, нет, так же как и подтверждений существования твердого внутреннего ядра. Однако с помощью сейсмических наблюдений удалось определить границу между мантией и ядром, а также расчеты плотности указали на то, что внешняя часть ядра расплавлена. Что происходит глубже, пока неизвестно. Если внутри Марса есть твердое ядро, то его радиус не превышает 750 километров.
Гипотеза о твердом внутреннем ядре Марса
Если допустить, что внутреннее ядро Марса твердо, то процесс его охлаждения и кристаллизации будет зависеть от системы Fe-FeS. При определенных условиях из расплава могут кристаллизоваться либо железо, либо его сульфиды. Чем ближе к центру планеты, тем выше вероятность выделения фазы, богатой серой.
Результаты экспериментов, подтверждающие гипотезу
Для проверки этой гипотезы ученые из Германии, Франции и Бельгии провели серию экспериментов в лабораториях. Они синтезировали кристаллическую структуру с формулой Fe4+xS3 при давлении около 15 гигапаскалей и температуре 1150 К. Изучив состав, плотность и возможную роль этой структуры в формировании твердого ядра, ученые пришли к интересным выводам.
Температурные условия марсианского ядра
По расчетам, в центре Марса давление достигает 40 гигапаскалей, а температура — 1970 К. При таких условиях сульфид Fe4+xS3 стабилен, но если температура падает ниже 1960 К, это вещество начинает кристаллизоваться. Этот процесс предполагает, что железный расплав на Марсе может содержать 17-25% серы. Если серы будет 7-12%, то в верхней части ядра начнут выпадать "железные хлопья", которые снова расплавятся по мере приближения к центру.
Будущее марсианского ядра
Эта предварительная работа дает возможность предположить, что у Марса уже есть твердое внутреннее ядро или оно появится в будущем, по мере охлаждения планеты. Для более точных выводов необходимо провести дополнительные эксперименты.