Въпреки че е по-горещо от повърхността на Слънцето, кристализираното желязно ядро на Земята остава твърдо. Ново проучване от KTH Royal Institute of Technology в Швеция може най-накрая да разреши дългогодишен дебат за това как е възможно, както и защо сеизмичните вълни се движат с по-висока скорост между полюсите на планетата, отколкото през екватора.
Въртенето в разтопеното ядро на Земята е кристална топка - всъщност масово образуване от почти чисто кристализирано желязо - почти с размерите на Луната. Разбирането на тази странна, ненаблюдаема черта на нашата планета зависи от познаването на атомната структура на тези кристали - нещо, което учените се опитват да направят от години.
Както при всички метали, кристалните структури на желязото в атомна скала се променят в зависимост от температурата и налягането, на които е изложен металът. Атомите са опаковани във вариации на кубични, както и шестоъгълни образувания. При стайна температура и нормално атмосферно налягане желязото е в така наречената телесно-центрирана кубична (BCC) фаза, която е кристална архитектура с осем ъглови точки и централна точка. Но при изключително високо налягане кристалните структури се трансформират в 12-точкови хексагонални форми или фаза в тясно опакован (HCP).
В сърцевината на Земята, където налягането е 3,5 милиона пъти по-високо от повърхностното налягане - а температурите са с около 6000 градуса по-високи - учените предполагат, че атомната архитектура на желязото трябва да бъде шестоъгълна. Дали BCC желязото съществува в центъра на Земята се обсъжда през последните 30 години, а скорошно проучване от 2014 г. го изключи, като се аргументира, че BCC ще бъде нестабилен при такива условия.
В скорошно проучване, публикувано в Nature Geosciences, изследователи от KTH установиха, че желязото в ядрото на Земята наистина е във фаза BCC. Анатолий Белоношко, изследовател от Катедрата по физика в KTH, казва, че когато изследователите са изследвали по-големи изчислителни проби от желязо от изследваните по-рано, характеристиките на BCC желязото, за които се е смятало, че го правят нестабилен, се получават точно обратното.
"При условия в ядрото на Земята, BCC желязото проявява модел на атомна дифузия, невиждан досега", казва Белоношко.
Белоношко казва, че данните показват също, че чистото желязо вероятно представлява 96% от състава на вътрешната сърцевина, заедно с никел и евентуално леки елементи.
Изводите им са направени от трудоемки компютърни симулации, извършени с помощта на Triolith, един от най-големите шведски суперкомпютри. Тези симулации им позволиха да интерпретират наблюденията, събрани преди три години в Националната лаборатория на Ливърмор Лорънс в Калифорния. "Изглежда, че експерименталните данни, потвърждаващи стабилността на BCC желязото в ядрото, са били пред нас - ние просто не знаехме какво всъщност означава това", казва той.
При ниска температура BCC е нестабилна и кристалните равнини се изплъзват от идеалната BCC структура. Но при високи температури стабилизирането на тези структури започва почти като игра на карти - с разбъркване на „колода“. Белоношко казва, че при екстремната топлина на ядрото атомите вече не принадлежат към равнини поради голямата амплитуда на атомното движение.
„Плъзгането на тези самолети е малко като разбъркване на тесте карти“, обяснява той. "Въпреки че картите са поставени в различни позиции, тестето все още е колода. По същия начин, BCC желязото запазва своята кубична структура."
Такова разбъркване води до огромно увеличаване на разпределението на молекулите и енергията - което води до увеличаване на ентропията или разпределението на енергийните състояния. Това от своя страна прави BCC стабилен.
Обикновено дифузията разрушава кристалните структури, превръщайки ги в течност. В този случай дифузията позволява на желязото да запази структурата на BCC. „Фазата BCC протича под мотото:„ Това, което не ме убива, ме прави по-силен “, казва Белоношко. "Нестабилността убива BCC фазата при ниска температура, но прави BCC фазата стабилна при висока температура."
Той казва, че тази дифузия обяснява и защо ядрото на Земята е анизотропно - тоест има текстура, която е насочена - като дървесното зърно. Анизотропията обяснява защо сеизмичните вълни се движат по-бързо между полюсите на Земята, отколкото през екватора.
"Уникалните характеристики на Fe BCC фазата, като високотемпературна самодифузия дори в чисто твърдо желязо, може да са отговорни за образуването на мащабни анизотропни структури, необходими за обяснение на анизотропията на вътрешното ядро на Земята", казва той. "Дифузията позволява лесно текстуриране на желязото в отговор на всеки стрес."
Предсказанието отваря пътя към разбирането на вътрешността на Земята и в крайна сметка към предсказването на бъдещето на Земята, казва Белоношко. "Крайната цел на науките за Земята е да разберем миналото, настоящето и бъдещето на Земята - и нашето прогнозиране ни позволява да направим точно това."
- Мускулна атрофия, когато тялото се канибализира - ScienceDaily
- Мама предупреждава срещу екстремни диети, след като дъщеря пие хапчета за отслабване и умира - Metro
- Пазарувайте Musclepharm Carnitine Core Течна добавка за отслабване онлайн
- Затлъстяването при кърмачета може да бъде диагностицирано на 6 месеца, показва проучване - ScienceDaily
- Reddit - xxketo - Дълбоко мастно сърбеж по вътрешната част на бедрата