Алмазы и рентгеновские лучи открывают новое окно во внутреннее ядро Земли

 

Совместной исследовательской группе впервые удалось измерить скорость звука чистого железа при давлениях, аналогичных внутренним границам ядра Земли.

Это может показаться удивительным, но у нас не так много информации о центре планеты, на которой мы живем. Можно копать на глубине нескольких километров, а вулканы и тектоника плит могут поднимать материал с глубин в несколько сотен километров, но то, что лежит внизу, вплоть до центра Земли, примерно в 6000 км под нашими ногами, не совсем понятно.

 

Общепризнано, что ядро примерно в 3000 км под нами состоит в основном из железа: море жидкого железа, внешнее ядро, вокруг внутреннего ядра из твердого железа. Лучшая информация, которой мы располагаем, - это отслеживание распространения сейсмических волн от землетрясений по мере их распространения по планете. Это говорит нам о плотности и скорости звука. Но эти значения не совсем согласуются с тем, что люди ожидают от чистого железа; в ядре должно присутствовать что-то еще. Что это за материал и сколько его там может быть, является активной областью исследований, поскольку они имеют значение для понимания нынешних свойств Земли и эволюции Солнечной системы.

Многие исследовательские группы пытаются воссоздать условия центра Земли в своих лабораториях. Но это сложно, поскольку требуется выдерживать материалы под экстремальным давлением, в миллионы атмосфер, и экстремальными температурами, подобными поверхности Солнца, и все это при проведении чувствительных измерений.

В сотрудничестве между Университетом Тохоку, Центром RIKEN SPring-8, Университетом Эхиме и Японским институтом исследований синхротронного излучения впервые удалось измерить скорость звука чистого железа при давлении, аналогичном внутренней границе ядра Земли, 330 ГПа (давление, если поддерживать 33 000 метрических тонн на площади 1 мм × 1 мм).

После многих лет работы исследователи смогли эффективно объединить технологию ячейки с алмазной наковальней — то, что используется для создания высоких давлений, но требует значительных навыков для достижения давлений, сравнимых с земным ядром, — с методом рассеяния рентгеновских лучей, известным как неупругое рассеяние рентгеновских лучей. Этот метод позволяет ученым наблюдать движение атомов в материалах с помощью рентгеновских лучей и является единственным методом точного измерения скорости звука металлов при статическом сжатии в ячейке алмазной наковальни. Это было сделано на ведущей в мире установке RIKEN по неупругому рассеянию рентгеновских лучей - Quantum NanoDynamics Beamline в SPring-8 в префектуре Хего.

Исследователи показали, что скорость звука внутреннего ядра, определенная в результате сейсмологических исследований, на 4±2% ниже скорости сжатия и на 36±17% ниже скорости сдвига, чем у металлического железа.

Объединение нового результата с предыдущей работой предполагает, что ядро Земли может быть обогащено кремнием и серой в соответствии с существующей моделью внешнего ядра с кислородом, поскольку рост внутреннего ядра, возможно, привел к постоянному обогащению кислорода во внешнем ядре.

Подробности исследования группы были опубликованы в журнале Nature Communications 25 ноября 2022 года.

Категория: Наука и Техника | Добавил: fantast (28.11.2022)
Просмотров: 30 | Рейтинг: 0.0/0