Ученые из Китайской академии наук заявили о том, что внутреннее ядро Земли может находиться в суперионном состоянии. По словам исследователей, тяжелые элементы глубоких недр нашей планеты образуют кристаллическую решетку, а легкие свободно текут между ними, сообщает Naked science.
Многие загадки, связанные с внутренним ядром Земли, можно объяснить тем, что оно находится в суперионном состоянии. Тяжелые железо и никель остаются твердыми, а легкие элементы движутся по кристаллам их решетки.
[see_also ids="220260"]
Предыдущие работы показали, что ядро Земли не настолько плотно, как можно было бы ожидать от железа и никеля при огромных температуре и давлении. Вероятно, оно содержит примесь более легких элементов, например, кремния, серы, углерода, кислорода и водорода. Но какие именно элементы и в каких количествах присутствуют в нем, пока неясно.
Как показывают измерения сейсмографов, движение сквозь внутреннее ядро замедляет распространение поперечных S-волн, которые колеблются в плоскости, перпендикулярной направлению их распространения. Ни чистое железо, ни железо-никель в разных комбинациях так вести себя не должны.
В 2021 году Джон Бродхольт и его коллеги связали эту особенность с тем, что ядро находится в суперионном состоянии, подобно воде в форме льда XVIII. В нем ионы кислорода образуют кристаллическую решетку, как в твердой фазе, а ионы водорода подвижно текут между ними, как в жидкости.
Вероятно, что тяжелые ионы железа и никеля во внутреннем ядре находятся в свободной фазе, а частицы легких элементов движутся сравнительно свободно. Эту идею подтвердили в новой работе и китайские ученые.
В ходе исследования ученые смоделировали поведение структуры из 64 атомов, включая никель, железо и легкие элементы, при температуре и давлении, характерных для внутреннего ядра. Исследователи использовали другую комбинацию, чем Бродхольт, но все равно получили суперионное состояние вещества, в котором свободное движение легких ионов вызывает замедление S-волн.
Это может объяснить еще одну особенность ядра – то, что его влияние на сейсмические колебания меняется со временем. По одной из версий, это может быть связано с тем, что скорость его вращения отличается от общей скорости вращения планеты. Если же ядро находится в суперионном состоянии, то это можно объяснить постоянным течением жидкости в нем.
Еще одна загадка сейсмических колебаний заключается в том, что в направлении от полюса к полюсу они перемещаются быстрее, чем в экваториальной плоскости. Китайские ученые считают, что это может быть связано с неравномерным распределением легких «жидких» элементов.
Подписывайтесь на наш Telegram-канал с новостями технологий и культуры.
Ранее ученые из Австралийского национального университета попытались объяснить существование «зон сверхнизкой скорости» распространения сейсмических волн в мантии Земли. По их мнению, они связаны с остатками вещества молодой планеты и появлением Луны.