Перейти до основного вмісту

Внутрішнє ядро Землі: суміш твердого Fe та рідких легких елементів

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

Популярні дописи з цього блогу

Широкий огляд раннього Всесвіту вказує на одну з найраніших зі всіх виявлених галактик

На двох нових знімках, отриманих космічним телескопом Джеймса Вебба, можна побачити найраніші галактики зі всіх коли-небудь спостережуваних. Обидва зображення включають об'єкти з понад 13 мільярдів років тому, і одне з них пропонує набагато ширше поле зору, ніж зображення Першого глибокого поля Вебба, яке було гучно оприлюднено 12 липня.

Виявлено галактику, що виблискує найстарішими зоряними скупченнями у Всесвіті

Астрономи використали космічний телескоп Джеймса Вебба (JWST) для ідентифікації найвіддаленіших кульових скупчень з будь-коли виявлених - щільних груп з мільйонів зірок, які можуть бути реліктами, що містять перші та найстаріші зорі у Всесвіті.

"Габбл" показав, як чорна діра вистрілила променем крізь космос

Галактика M87 величезна. Вона містить кілька трильйонів зірок, порівняно з сотнями мільярдів у нашому Чумацькому Шляху. А надмасивна чорна діра в її центрі випромінює в космос промінь енергії. Космічний телескоп "Габбл", який експлуатується НАСА та Європейським космічним агентством (ЄКА), зробив нове зображення цієї енергійної космічної події, яка створює пучок розпеченого газу, що називається джетом, завдовжки 3 000 світлових років (один світловий рік — це майже 9,5 трильйона кілометрів).