Последние исследования показали, что марсианское ядро значительно обогащено легкими элементами, что свидетельствует о том, что процесс формирования планет из первичных материалов мог происходить иначе, чем на Земле.
Иллюстрация: freepik
Ученые предполагают, что железное ядро Марса содержит серу, которая была широко распространена в солнечной туманности, сформировавшей нашу планетную систему. В процессе расслоения недр сера объединялась с железом, а выделение ядра происходило в условиях высокой температуры и недостаточной восстановительности, что не способствовало концентрации других легких элементов, таких как кремний или кислород.
На данный момент отсутствуют прямые доказательства о твердом состоянии марсианского ядра, равно как и о его полном жидком состоянии. Сейсмические исследования помогли определить границу между мантией и ядром, а расчеты плотности указывают на то, что внешняя часть ядра находится в расплавленном состоянии. Однако о внутреннем ядре пока не известно. Если оно действительно существует, то его радиус составляет не более 750 километров.
Интересно, что благодаря исследованиям зонда InSight Марс стал первой планетой после Земли, для которой были определены размеры ядра — более 3600 километров в диаметре.
Если предположить наличие твердого внутреннего ядра, то в процессе его охлаждения ключевую роль может играть система Fe-FeS. В определенных условиях из расплавленного состояния могут кристаллизоваться либо железо, либо его сульфиды. Близко к центру планеты возрастает вероятность получения фазы, обогащенной серой. Чтобы подтвердить эту гипотезу, ученые из Германии, Франции и Бельгии провели серию экспериментов в лаборатории, опубликованных в журнале Nature Communications.
В ходе экспериментов была синтезирована кристаллическая структура с формулой Fe4+xS3 при давлении почти 15 гигапаскалей и температуре 1150 кельвин. Затем исследовался состав, плотность и потенциальная роль этого вещества в формировании твердого внутреннего ядра. По расчетам, давление в центре Марса достигает 40 гигапаскалей, а температура составляет около 1970 кельвин, и в таких условиях сульфид Fe4+xS3 остается стабильным. Однако если температура падает ниже 1960 кельвин, начинается кристаллизация вещества.
Этот сценарий предполагает, что расплавленное железо содержит от 17 до 25 процентов серы по массе. Если содержание серы варьируется от 7 до 12 процентов, то при охлаждении в верхней оболочке ядра могут образовываться «железные хлопья», которые снова расплавляются, перемещаясь к центру. Предварительное исследование указывает на то, что современный Марс может обладать твердым внутренним ядром или оно возникнет в будущем по мере охлаждения планеты. Для более точной проверки гипотезы требуются дополнительные эксперименты.
