Ученые обнаружили новое состояние вещества в центре Земли
Исследование показывает, что твердое внутреннее ядро Земли находится в сверхионном состоянии, где атомы углерода свободно движутся сквозь решетку железа, что объясняет его необычную мягкость и сейсмические аномалии
Короткое резюме
Международная группа учёных экспериментально подтвердила, что внутреннее ядро Земли, состоящее из сплава железа и лёгких элементов (в первую очередь углерода), находится в экзотическом сверхионном состоянии. В условиях экстремального давления (свыше 140 ГПа) и температуры (~2600 K) атомы углерода приобретают высокую подвижность, диффундируя сквозь упорядоченную кристаллическую решётку железа, как жидкость, в то время как сама железная основа остаётся твёрдой. Это объясняет давнюю сейсмическую загадку: почему внутреннее ядро, будучи твёрдым, ведёт себя как размягчённый металл, замедляя поперечные сейсмические волны и демонстрируя высокое число Пуассона.
Исследователи использовали метод динамического ударного сжатия, чтобы воспроизвести условия ядра, и совместили измерения скорости звука на месте (in-situ) с молекулярно-динамическим моделированием. Результаты показывают резкое падение скорости сдвиговых волн и рост числа Пуассона, что идеально согласуется с геофизическими наблюдениями. Открытие смещает представление о внутреннем ядре от статичной, жёсткой модели к динамичной, где подвижность лёгких элементов может влиять на сейсмическую анизотропию и даже служить дополнительным источником энергии для поддержания геодинамо, генерирующего магнитное поле Земли.
Обнаружение сверхионной фазы в ядре имеет значение не только для понимания нашей планеты, но и для изучения внутреннего строения других каменистых планет и экзопланет. Работа открывает новое направление в физике земных недр, подчёркивая ключевую роль интерстициальных твёрдых растворов (особенно с углеродом) в определении свойств ядра при экстремальных условиях.
Экспериментальное подтверждение сверхионного состояния
Впервые в лабораторных условиях воспроизведены условия внутреннего ядра и показано, что сплав железо-углерод переходит в сверхионное состояние, где углерод подвижен, а железо остаётся твёрдым
Объяснение сейсмических аномалий
Это состояние объясняет низкую скорость сдвиговых волн и высокое число Пуассона внутреннего ядра, которые ранее ставили учёных в тупик, соответствуя геофизическим наблюдениям
Динамическая модель ядра
Открытие смещает парадигму от статичной модели ядра к динамичной, где движение лёгких элементов может влиять на сейсмическую анизотропию и энергетику геодинамо
Значение для планетологии
Сверхионное состояние может быть характерно для ядер других каменистых планет, что важно для понимания их магнитных и тепловых эволюций
Текст сгенерирован с использованием ИИ
