Вчені відкрили новий стан речовини у ядрі Землі

Новий експериментальний прорив показує, що внутрішнє ядро Землі може перебувати не у звичайному твердому стані, а в суперіонній формі, де легкі елементи рухаються крізь залізну решітку майже як рідина.

Дослідники з Сичуанського університету з’ясували, що інтерстиціальний вуглець у «залізо-вуглецевих сплавах» — твердих розчинах, де атоми займають міжвузлові позиції — переходить у рідкоподібний стан під тиском і температурою ядра. Професор Чжан наголошує: «вперше ми експериментально довели… надзвичайно низьку швидкість зсуву». Суперіонна фаза пом’якшує тверде ядро, узгоджуючись із «повільними» сейсмічними хвилями.

Команда використала динамічне ударне стиснення, розганяючи зразки до 7 км/с, щоб відтворити умови внутрішнього ядра. Моделювання показало, що атоми вуглецю вільно дифундують у hcp-решітці заліза. Д-р Хуанг пояснює: «атомна дифузія у внутрішньому ядрі є раніше недооціненим джерелом енергії для геодинамо». Рух легких елементів може пояснити сейсмічну анізотропію та впливати на магнітне поле Землі.

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, що поєднує властивості твердого тіла та рідини. Джерело: Huang et al.

Нові дані також розв’язують дискусії щодо поведінки «легких елементів» — атомів, що знижують густину сплаву — під екстремальним тиском. Виявилось, що інтерстиціальні розчини, зокрема ті, що містять вуглець, визначають механічні властивості ядра сильніше, ніж замісні сплави. Це пояснює, чому тверда структура може поводитися так, ніби вона частково «тече».

Професор Чжан підкреслює зміну парадигми: «ми відходимо від статичної, жорсткої моделі внутрішнього ядра до динамічної». Відкриття суперіонної фази має наслідки й для інших планет. Розуміння цього стану речовини дозволяє глибше оцінити еволюцію планетарних магнітних полів і приховану динаміку надр кам’янистих світів.