Как ведет себя железо в недрах Земли: ученые воспроизвели процесс и раскрыли эту тайну

Недавнее исследование, проведенное международной командой ученых, изучило поведение железа в экстремальных условиях давления и температуры, аналогичных тем, что присутствуют в недрах Земли.

Железо, являясь основным элементом внутреннего ядра нашей планеты, играет важную роль в геодинамике Земли. Определение температуры плавления и фазовой стабильности железа при таких условиях имеет ключевое значение для понимания структуры и термической истории Земли.

Команда исследователей, включающая ученых из Европейского центра синхротронного излучения в Гренобле и Политехнического института Парижа, использовала сверхбыструю рентгеновскую абсорбционную спектроскопию для анализа поведения железа при высоких температурах и давлениях, имитирующих условия, существующие в недрах Земли. Эти исследования помогли выяснить кривую плавления железа и структурные изменения, которые происходят в нем при экстремальных условиях.

Одной из важнейших целей работы ученых было исследование микроскопического поведения железа при давлениях, превышающих несколько мегабар, и температурах, достигающих тысяч градусов Кельвина. Полученные данные могут способствовать лучшему пониманию свойств ядра Земли, которое в основном состоит из железа, а также других элементов в меньших количествах.

Результаты исследования могут помочь уточнить верхний предел температуры плавления железа на границе, разделяющей внутреннее и внешнее ядро Земли. Эта температура играет ключевую роль в геодинамических процессах и в процессе кристаллизации земного ядра. Также, исследование предполагает, что понимание этих процессов может помочь в изучении того, как образуется внутреннее ядро Земли.

Эксперимент был проведен с использованием лазеров высокой мощности, которые создали горячую плазму в образце железа, генерируя ударную волну, создающую экстремальные условия. Рентгеновские лучи синхронизировались таким образом, чтобы захватить спектр железа в момент прохождения ударной волны через образец, что позволило точно зафиксировать пиковые давление и температуру в железе.

Ученые установили, что при давлении 240 ГПа и температуре 5345 К, непосредственно перед плавлением, структура железа представляет собой гексагональную плотноупакованную (ГПУ) фазу, а не объемноцентрированную кубическую (ОЦК), как предсказывали многие теоретические исследования. Эти результаты оказывают важное влияние на дальнейшие исследования, уточняя теоретические модели и создавая новые ограничения для кривой плавления железа при экстремальных условиях.

Полученные данные могут существенно продвинуть наше понимание геодинамики Земли и помочь в изучении процессов, происходящих в ее недрах, а также в термической эволюции планеты.

Источник: PHYS.org