Исследование показало, что железо внутреннего ядра Земли может находиться в странном «суперионном» состоянии
ХАСИНТА БОУЛЕР
14 ФЕВРАЛЯ 2022 ГОДАГлубоко под земной корой, за толстой мантией и жидким внешним ядром, лежит 1220-километровый шар твердого внутреннего ядра.Но новое исследование показало, что внутреннее ядро вовсе не твердое, а вместо этого образует «
суперионное состояние»
с водородом, кислородом и углеродом, что делает его непохожим ни на жидкость, ни на твердое тело.
Мы не можем точно просверлить 6 371 км (3 959 миль) до центра Земли, чтобы проверить, что происходит, поэтому ученые используют естественный бур Земли —
сейсмические волны от землетрясений
— чтобы понять состав нашей планеты.Однако даже с этими измерениями внутреннее ядро остается
загадкой
. В 1930-х годах
косвенные данные свидетельствовали о том, что он может быть твердым
, а несколько десятилетий спустя считалось, что это кристаллическое железо. Но этот невероятно горячий, невероятно плотный шар в центре нашей планеты до сих пор заставляет нас сомневаться в том, что там происходит.Из данных сейсмических волн мы знаем, что внутреннее ядро мягкое, с низкой скоростью поперечной волны, а это означает, что оно не может быть просто твердым железом или железным сплавом. Некоторые ученые считают, что может быть
второе внутреннее внутреннее ядро
, в то время как другие считают, что из-за более легкой плотности, чем можно было бы ожидать от чистого железа, могут быть некоторые легкие элементы в виде сплава.Но новое исследование под руководством Ю Хэ из
Китайской академии наук теперь изучает потенциальную фазу материи, в которой может существовать эта смесь элементов, и приходит к предположению, что «твердое» состояние ядра действительно может быть вместо этого суперионное состояние.
«Мы обнаружили, что водород, кислород и углерод в гексагональном плотноупакованном железе переходят в суперионное состояние в условиях внутреннего ядра, демонстрируя высокие коэффициенты диффузии, подобные жидкости»,
— пишет команда в своей новой статье.
«Это говорит о том, что внутреннее ядро может находиться в суперионном состоянии, а не в обычном твердом состоянии».Суперионное состояние — это другое
состояние вещества
, наряду с твердым, жидким и газообразным, но с определенными отличиями. В суперионной воде
, которую недавно создали в лаборатории,
чрезвычайно высокие температуры и давления разрушают каждую молекулу воды, оставляя ионы кислорода в твердом состоянии, в то время как ионы водорода плавают больше как жидкость.В горячем внутреннем ядре Земли команда использовала компьютерное моделирование того, как сейсмические волны будут проходить через различные комбинации элементов, и обнаружила, что сплавы железа с углеродом, водородом и кислородом могут работать так же, как суперионная вода.Атомы железа были «твердыми» в структуре кристаллической решетки, тогда как молекулы углерода, водорода и кислорода диффундировали через среду, создавая жидкоподобный элемент.— Это совершенно ненормально, —
сказал Хе.
«Затвердевание железа на внутренней границе ядра не меняет подвижности этих легких элементов, а конвекция легких элементов во внутреннем ядре непрерывна».Эта работа вряд ли станет последним словом на эту тему. Выводы статьи дают хорошую модель этого более мягкого и менее плотного чистого железа, но не дают ответа на другой вопрос о внутреннем ядре —
почему оно
кажется
неравномерным по всей длине
.Для этого нам просто нужно продолжать копать.Исследование опубликовано в
журнале Nature
.