Intenzívne tlakové podmienky vonkajšieho jadra Zeme boli znovu vytvorené v laboratóriu

(Greg Stewart/SLAC National Accelerator Laboratory)

Tisícky kilometrov pod zemským povrchom, pod drvivým tlakom a spaľujúcim teplom, možno nájsť jadro planéty. Vnútorné jadro pozostávajúce z pevnej guľôčky niklu a železa sa superrotuje vo vnútri vonkajšieho jadra, kde sú železo a nikel tekuté.

Podmienky tohto vonkajšieho jadra boli teraz znovu vytvorené v laboratóriu tímom vedeným fyzikom Sébastienom Merkelom z univerzity v Lille vo Francúzsku – takým spôsobom, že vedci boli schopní pozorovať štrukturálnu deformáciu železa.

To má nielen dôsledky na pochopenie našej vlastnej planéty, ale môže nám to pomôcť lepšie pochopiť, čo sa stane, keď sa vo vesmíre zrazia kusy železa.



'Nevytvorili sme úplne vnútorné základné podmienky,' povedala fyzička Arianna Gleasonová Národného urýchľovacieho laboratória SLAC Ministerstva energetiky USA. 'Dosiahli sme však podmienky vonkajšieho jadra planéty, čo je naozaj pozoruhodné.'

Za normálnych pozemských podmienok je kryštalická štruktúra železa a kubická mriežka . Atómy sú usporiadané v mriežke, pričom atómy sú v rohu každej kocky a jeden v strede. Keď je železo stlačené pri extrémne vysokých tlakoch, táto mriežka zmení tvar a deformuje sa na a šesťuholníková štruktúra . To umožňuje zbaliť viac atómov do rovnakého objemu priestoru.

Je však ťažké vedieť, čo sa deje pri ešte vyšších tlakoch a teplotách – ako sú tie v jadre Zeme. V posledných rokoch však laserová technológia pokročila do bodu, keď v laboratórnych podmienkach môžu byť malé vzorky vystavené extrémnym podmienkam, ako sú tlaky a teploty.nachádza sa v hviezdach bielych trpaslíkov.

Tím v SLAC nasadil dva lasery. Prvým z nich bol optický laser, vypálený na mikroskopickú vzorku železa a vystavený nárazu, ktorý generoval intenzívny tlak a teplo.

Vonkajšie jadro Zeme má tlaky v rozmedzí 135 až 330 Gigapascalov (1,3 až 3,3 milióna atmosfér) a teploty 4 000 až 5 000 Kelvinov (3 727 až 4 727 stupňov Celzia alebo 6 740 až 8 540 stupňov Gigapascalov až 87 stupňov Fahrenheita). tlaku a teploty až 4 070 Kelvinov.

Ďalšou a pravdepodobne náročnejšou časťou bolo meranie atómovej štruktúry železa počas tohto procesu. Na tento účel tím použil röntgenový laser s voľnými elektrónmi Linac Coherent Light Source (LCLS), ktorý skúmal vzorku pri vypálení optického lasera.

'Dokázali sme vykonať meranie za miliardtinu sekundy,' Povedal Gleason . 'Zmrazenie atómov tam, kde sú, v tej nanosekunde je naozaj vzrušujúce.'

Výsledné obrázky zostavené do sekvencie odhalili, že železo reaguje na dodatočný stres vyvolaný týmito podmienkami dvojčatím. To je, keď sa kryštálová mriežka tak stlačí, že niektoré body mriežky sa symetricky zdieľajú s viacerými kryštálmi.

(S. Merkelová/Univerzita v Lille, Francúzsko)

Pre železo v podmienkach vonkajšieho pozemského jadra to znamená, že atómové usporiadanie sa stlačí tak, že sa šesťuholníkové tvary otáčajú takmer o 90 stupňov. Tento mechanizmus, povedali vedci, umožňuje kovu odolať extrémom.

„Twinning umožňuje železu, aby bolo neuveriteľne silné – silnejšie, ako sme si pôvodne mysleli – predtým, než začne plasticky tiecť v oveľa dlhších časových intervaloch,“ Povedal Gleason .

Teraz, keď vieme, ako sa železo za takýchto podmienok správa, možno tieto informácie začleniť do modelov a simulácií. To má dôležité dôsledky napríklad na spôsob, akým chápeme vesmírne kolízie. Zemské jadro je úhľadne zastrčené vo vnútri planéty, ale je tam vysoko kovovéasteroidy, o ktorých si myslíme, že sú obnaženými, obnaženými jadrami planétktorých formácia bola narušená.

Tieto predmety môžu podliehať kolíziám s inými predmetmi, ktoré môžu deformovať štruktúru železa v nich. Teraz máme lepšiu predstavu o tom, ako sa to deje. A, samozrejme, teraz vieme trochu viac o našej vlastnej planéte.

„Budúcnosť je teraz svetlá, keď sme vyvinuli spôsob, ako tieto merania vykonávať,“ Povedal Gleason .

„Teraz môžeme dať palec hore, palec dole na niektoré fyzikálne modely pre skutočne zásadné deformačné mechanizmy. To pomáha vybudovať časť prediktívnych schopností, ktoré nám chýbajú pri modelovaní reakcie materiálov v extrémnych podmienkach.“

Výskum bol publikovaný v r Fyzické prehľadové listy .

O Nás

Publikácia Nezávislých, Osvedčených Skutočností O Správach O Zdraví, Priestore, Prírode, Technológii A Životnom Prostredí.