Підписуйтеся на наш телеграм канал!
Китайські вчені відкрили новий стан матерії у ядрі Землі
Китайські науковці вперше довели, що вуглець у сплавах заліза, які складають внутрішнє ядро Землі, перебуває у так званому суперіонному стані. У цьому режимі атоми легкого елемента рухаються крізь тверду решітку заліза з майже рідинною швидкістю. Відкриття пояснює давню загадку: чому тверде ядро планети поводиться як «м’який метал», уповільнюючи сейсмічні хвилі та демонструючи еластичність, нетипову для сталі.
Дослідження, опубліковане в журналі National Science Review, виконали професор Юйцзюнь Чжан і доктор Юйцянь Хуан із Сичуаньського університету спільно з професором Юй Хе з Інституту геохімії Китайської академії наук. Вони встановили, що під тиском понад 3,3 мільйона атмосфер і температурою близько 2600 K сплав заліза з вуглецем переходить у стан, де залізо зберігає тверду кристалічну структуру, а атоми вуглецю вільно дифундують усередині неї. Така фаза різко зменшує жорсткість матеріалу, роблячи ядро одночасно твердим і пластичним.
Результати отримали на платформі динамічного ударного стискання, де зразки прискорювали до 7 км/с, щоб відтворити умови глибинних шарів планети. Під час експериментів зафіксували падіння швидкості зсувних хвиль та зростання коефіцієнта Пуассона — саме такі значення спостерігають геофізики у реальному ядрі Землі. Моделювання на атомному рівні підтвердило, що рухливі атоми вуглецю «розм’якшують» залізну решітку, не руйнуючи її структуру.
Атоми заліза утворюють жорстку гексагональну щільноупаковану (hcp) структуру, причому частина цих атомів демонструє колективний рух у напрямках [100] і [010]. Усередині цієї hcp-решітки заліза міжвузлові легкі елементи вільно дифундують, як у рідині, тоді як замісні легкі елементи залишаються обмеженими своїми відповідними замісними місцями в решітці. Отже, внутрішнє ядро Землі існує в гібридному стані, поєднуючи властивості твердого тіла та рідини. Джерело: Huang et al.
За словами професора Чжана, результати означають зміну парадигми у розумінні будови планети. Ядро слід розглядати не як статичну тверду кулю, а як динамічну систему, де тверда та рідка поведінка співіснують. Науковці припускають, що суперіонна фаза може існувати й у надрах інших кам’янистих планет, пояснюючи відмінності їхніх магнітних полів та еволюції. «Ми вперше зазирнули у прихований стан матерії, який формує серце нашої планети», — підсумував Чжан.