Ядро Землі, найглибша частина нашої планети, характеризується надзвичайно високим тиском і температурою. Воно складається з рідкого зовнішнього ядра та твердого внутрішнього ядра.
Про це розповідають в Китайській академії наук.
Внутрішнє ядро утворюється й зростає внаслідок затвердіння рідкого заліза на внутрішній межі ядра. Внутрішнє ядро менш щільне, ніж чисте залізо, і вважають, що у внутрішньому ядрі присутні деякі легкі елементи.
Спільна дослідницька група на чолі з професором Хе Юй з Інституту геохімії Китайської академії наук (IGCAS) виявила, що внутрішнє ядро Землі не є звичайним твердим тілом, а складається з твердої залізної підґратки та рідиноподібних легких елементів, що також відомо як суперіонний стан. Рідиноподібні легкі елементи мають високу дифузію в залізних підґратках в умовах внутрішнього ядра.
Це дослідження було опубліковано в журналі Nature 9 лютого.
Суперіонний стан, який є проміжним станом між твердим і рідким, широко поширений в надрах планет. Використовуючи обчислювальні симуляції високого тиску та високої температури, засновані на теорії квантової механіки, дослідники з IGCAS і Центру передових досліджень високого тиску та технологій (HPSTAR) виявили, що деякі сплави Fe-H, Fe-C і Fe-O переходять у суперіонний стан в умовах внутрішнього ядра.
У суперіонних сплавах заліза легкі елементи стають невпорядкованими та дифундують в ґратках як рідина, тоді як атоми заліза залишаються впорядкованими та вібрують навколо своєї ґратки, утворюючи твердий залізний каркас. Коефіцієнти дифузії C, H і O в суперіонних сплавах заліза такі ж, як і в рідкому Fe.
«Це досить аномально. Затвердіння заліза на внутрішній межі ядра не змінює рухливості цих легких елементів, і конвекція легких елементів безперервна у внутрішньому ядрі», – сказав професор Хе Юй, перший та відповідний автор дослідження.
Однією з давніх загадок внутрішнього ядра є те, що воно досить м’яке з досить низькою швидкістю зсувних хвиль. Дослідники розрахували сейсмічні швидкості в цих суперіонних сплавах заліза й виявили значне зниження швидкості зсувних хвиль. «Наші результати добре поєднуються з сейсмологічними спостереженнями. Саме рідиноподібні елементи змушують внутрішнє ядро пом’якшуватися», – сказав один з авторів роботи Сунь Шичуань з IGCAS.
Високодифузійні легкі елементи можуть впливати на сейсмічні швидкості, що надає важливі підказки для розуміння інших таємниць у внутрішньому ядрі. Анізотропну структуру, загасання сейсмічних хвиль і структурні зміни внутрішнього ядра протягом останніх десятиліть можна раціоналізувати в суперіонній моделі, враховуючи розподіл і конвекцію цих рідиноподібних елементів у внутрішньому ядрі.
Коментарі
Дописати коментар