Как се държи желязото в недрата на Земята: учените възпроизведоха процеса и разкриха тайната

В ново проучване учените изследват точката на топене и фазовата стабилност на желязото в условия, подобни на земното ядро.

Желязото е един от основните елементи, открити във вътрешното ядро ​​на Земята, което се характеризира с изключително високи температури и налягания. Определянето как точно се държи желязото при тези екстремни условия може да помогне за напредъка на сегашното ни разбиране за структурата на вътрешността на Земята и нейната геодинамика, пише PHYS.

В ново проучване международен екип от Европейския център за синхротронно лъчение в Гренобъл, Политехническия институт в Париж и други институти по света изследваха точката на топене и фазовата стабилност на ударно-компресирано желязо при високи температури и налягания чрез използване на свръхбързи рентгенови абсорбционни спектроскопии. Техните резултати хвърлят светлина върху кривата на топене и структурната фаза на желязото при екстремни условия като тези, открити във вътрешността на Земята.

Според първия автор на изследването, целта на тяхната работа е да изследват микроскопичното поведение на желязото при екстремни условия на налягане и температура, до диапазони от няколко мегабара и хиляди градуса по Келвин, използвайки ултрабърза синхротронна рентгенова абсорбционна спектроскопия. Авторите на изследването също вярват, че работата им е от решаващо значение за разбирането на свойствата на земното ядро, което е направено предимно от желязо с малки количества други елементи.

Тъй като желязото формира основата на земното ядро, неговите свойства определят горната граница на точката на топене на границата, разделяща вътрешното и външното ядро ​​на планетата. Учените смятат, че определянето на тази температура може да помогне за изучаването на геодинамиката и също предлага представа за процеса, чрез който ядрото на Земята кристализира, за да образува вътрешното ядро.

Екипът е провел експеримента, използвайки високомощни лазери с енергии, по-големи от 40 J с енергийно-дисперсивен лъч ID24-ED, оптимизиран за ултрабърза (≈100 ps) рентгенова абсорбционна спектроскопия.

Според Балугани, лазер с висока мощност се насочва върху многослойна цел, премахвайки първия слой, за да създаде гореща плазма. Тази плазма се разширява и генерира ударна вълна, която се движи със свръхзвукова скорост през железния образец. Ударната вълна създава екстремни условия на налягане и температура. Едновременно с това рентгеновите лъчи се синхронизират, за да уловят XAS спектъра на желязото в момента, в който ударната вълна излезе от тестовия образец, което съответства на пиковото налягане и температура в желязото.

В резултат учените са получили подробна информация относно структурната фаза на желязото при изключително високи налягания и температури. Екипът също е успял да идентифицира структурните промени, които елементът претърпява при условия, отразяващи тези в ядрото на Земята.

Балугани е казал, че той и неговият екип също са установили, че фазата на чистотото желязо при 240 ГПа и 5345 K, точно преди топенето, представлява хексагонална плътно опакована (ГПУ) структура, а не обемноцентрирана кубична (ОЦК) структура, предвидена от много теоретични изследвания .

Авторите на изследването отбелязват, че техните резултати имат важни последици за бъдещото изследване на геодинамиката на Земята. Измерванията, събрани от изследователите, в крайна сметка могат да допринесат за разбирането на вътрешната структура на нашата планета и нейната топлинна история.

Резултатите на изследователите поставят нови граници на кривата на топене на желязото при екстремни условия, опровергавайки някои по-ранни теории.