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.

Запропоновано збір ресурсів на Марсі за допомогою плазми

Міжнародна група дослідників запропонувала плазмовий спосіб виробництва та виділення кисню у марсіанському середовищі. Це додатковий підхід до експерименту НАСА щодо використання кисневих ресурсів на Марсі, і він може забезпечити високу швидкість виробництва молекул на кілограм відправленого до космосу обладнання.

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.