За тисячі кілометрів під поверхнею Землі під екстремальними тисками і температурами можна знайти ядро планети. Існує внутрішнє ядро, що складається з твердої нікель-залізної сфери, яка обертається надмірно всередині зовнішнього ядра, де залізо і нікель є рідкими.
Умови цього зовнішнього ядра тепер відтворені в лабораторії командою під керівництвом фізика Себастьяна Меркеля з Лілльського університету у Франції – таким чином, що вчені змогли спостерігати структурну деформацію заліза.
Це не тільки має значення для розуміння нашої планети, але й може допомогти нам краще зрозуміти, що відбувається, коли шматочки заліза стикаються в космосі.
«Ми не створювали суттєвих умов повністю внутрішньо», Фізик Аріанна Глісон сказала: Від Національної прискорювальної лабораторії SLAC Міністерства енергетики США. «Але ми досягли умов зовнішнього ядра планети, що дійсно круто».
За нормальних умов Землі кристалічна структура заліза — А куба решітка. Атоми розташовані в сітці, з атомами в кутку кожного куба, а по одному в центрі. Коли залізо стискається під надзвичайно високим тиском, ця решітка змінює форму і деформується до a шестикутна структура. Це дозволяє упаковувати більше атомів в той самий об’єм простору.
Але важко сказати, що відбувається навіть при більш високих тисках і температурах – як у ядрі Землі. Проте останніми роками лазерна технологія просунулася до такої міри, що в лабораторних умовах невеликі зразки можуть піддаватися екстремальним умовам, таким як тиск і температура білих карликів.
Команда SLAC розгорнула два лазери. Перший — це оптичний лазер, який вистрілює мікроскопічний зразок заліза і піддає його удару, який створює надзвичайний тиск і тепло.
Тиск зовнішнього ядра Землі коливається від 135 до 330 гігапаскалей (1,3-3,3 мільйона атмосфер), а температури від 4000 до 5000 К (3727-4727 °C, або від 6740 до 8540 °F). .
Наступною частиною, і, можливо, найскладнішою, було вимірювання атомної структури заліза під час цього процесу. Для цієї мети команда використовувала лазер Linac Coherent Light Source (LCLS), що не містить рентгенівських променів, який досліджував зразок під час випромінювання лазерного світла.
«Ми змогли провести вимірювання за мільярдну частку секунди», — сказав Глісон. «Заморожувати атоми там, де вони знаходяться за ці наносекунди, справді захоплююче».
Отримані зображення, згруповані в послідовність, показали, що залізо реагує на додатковий стрес, викликаний цими умовами, двойником. Це відбувається, коли кристалічна решітка стає настільки компактною, що деякі точки решітки є спільними для кількох кристалів симетричним чином.
(С. Меркель / Лілльський університет, Франція)
Для заліза в умовах зовнішнього ядра Землі це означає, що атомне розташування зсувається так, що шестикутники повертаються приблизно на 90 градусів. За словами дослідників, цей механізм дозволяє металу чинити опір наконечникам.
«Твінінг дозволяє залізу бути неймовірно міцним — міцнішим, ніж ми спочатку думали — до того, як воно почне пластично текти протягом набагато більших часових масштабів», — сказав Глісон.
Тепер, коли ми знаємо, як залізо поводиться в цих умовах, цю інформацію можна включити в моделі та моделювання. Це, наприклад, має важливе значення для того, як ми розуміємо космічні зіткнення. Ядро Землі лежить акуратно в межах планети, але є астероїди, настільки металеві, що ми думаємо, що це відкриті голі ядра планет, які порушують їх формування.
Ці об’єкти можуть стикатися з іншими об’єктами, які можуть деформувати залізну структуру в них. Тепер ми маємо краще уявлення про те, як це відбувається. І, звичайно, тепер ми знаємо більше про нашу планету.
«Майбутнє світле тепер, коли ми розробили спосіб проведення цих вимірювань», — сказав Глісон.
«Тепер ми можемо віддати перевагу деяким дійсно базовим фізичним моделям механізмів деформації. Це допомагає створити частину передбачуваної сили, якої нам не вистачає для моделювання того, як матеріали реагують в екстремальних умовах».
Пошук був опублікований в повідомлення про фізичний огляд.
“Професійний вирішувач проблем. Тонко чарівний любитель бекону. Геймер. Завзятий алкогольний ботанік. Музичний трейлер”
