ذرات الحديد في اللب الداخلي للأرض في حالة تحرك – عالم الفيزياء

يقول باحثون في الولايات المتحدة والصين إن ذرات الحديد الموجودة في مركز الأرض تتحرك بشكل أسرع بكثير مما كان يُعتقد سابقًا. ويمكن لهذه النتائج، التي تستند إلى عمليات محاكاة للظروف في اللب الداخلي الصلب للأرض بمساعدة التعلم الآلي، أن تلقي ضوءًا جديدًا على الخصائص الزلزالية والجيوديناميكية للأرض، والتي لم يتم فهمها بالكامل.

يتكون اللب الداخلي للأرض بشكل أساسي من الحديد الصلب، وله العديد من الخصائص المثيرة للاهتمام. أولاً، سرعة موجات القص - الموجات المرنة التي تتحرك عبر جسم المادة - في القلب منخفضة بشكل استثنائي. يحتوي القلب أيضًا على نسبة بواسون عالية للغاية، وهي مقياس لمدى سهولة توسعه في اتجاه عمودي على اتجاه الضغط؛ عند 0.45، تكون نسبة بواسون في القلب أقرب إلى نسبة المادة السائلة أو القابلة للتمدد مثل المطاط (0.5) منها إلى الفولاذ أو الحديد الزهر (0.21-0.31).

النهج بمساعدة الذكاء الاصطناعي

وللكشف عن الآليات الفيزيائية المسؤولة عن هذه السمات غير العادية، قام الباحثون بقيادة جونغ فو لين في جامعة تكساس في كلية أوستن لعلوم الأرض بدأ باستخدام حسابات التعلم الآلي لمحاكاة سلوك عشرات الآلاف من ذرات الحديد تحت درجات الحرارة والضغوط المرتفعة للغاية التي تسود في النواة الداخلية. وقد سمح لهم هذا النهج المدعوم بالذكاء الاصطناعي بالتنبؤ بشكل موثوق بحركة ذرات الحديد في ظل هذه الظروف.

وبعد ذلك، دعموا هذه المحاكاة بسلسلة من التجارب التي أعادت خلق درجات الحرارة والضغوط المرتفعة للغاية في اللب الداخلي للأرض. ومن خلال إطلاق مقذوف سريع الحركة على لوح حديدي صغير وقياس موجات الصدمة الناتجة، تمكنوا من حساب سرعة الصوت في ذرات الحديد في ظل ظروف النواة الداخلية.

الحركة الجماعية لذرة الحديد

على الرغم من أنه يُعتقد أن ذرات الحديد في النواة الداخلية مرتبة في نمط سداسي متكرر ومكتظ، فقد وجد الباحثون أن مجموعات ذرات الحديد في أنظمتها النموذجية لا تزال قادرة على التحرك بسرعة، وتغيير مكانها في الشبكة المعدنية مع الحفاظ على الشكل السداسي العام بناء. وفقًا للفريق، يمكن لهذه الحركة الجماعية أن تفسر سبب كشف القياسات الزلزالية للنواة الداخلية عن بيئة ذات سرعة موجة قص أقل بكثير ونسبة بواسون أعلى والتي يمكن توقعها عند درجات الحرارة والضغوط المرتفعة هذه.

يوضح عضو الفريق: "الاكتشاف الكبير الذي توصلنا إليه هو أن الحديد الصلب يصبح لينًا بشكل مدهش في أعماق الأرض لأن ذراته يمكن أن تتحرك أكثر بكثير مما كنا نتخيله من قبل". يوجون تشانغ من جامعة سيتشوان. "هذه الحركة المتزايدة تجعل اللب الداخلي أقل صلابة [و] أضعف في مواجهة قوى القص."

تم اكتشاف انتقال الطور الكمي في أعماق الأرض

بالإضافة إلى شرح سرعة موجة القص المنخفضة بشكل استثنائي ونسبة بواسون العالية جدًا للنواة الداخلية، والنتيجة الموضحة في PNASيمكن أن يلقي الضوء أيضًا على كيفية مساعدة اللب الداخلي في تشغيل الدينامو الجغرافي للأرض. تولد الطاقة الناتجة عن هذا الدينامو المجال المغناطيسي لكوكبنا، وهو عنصر أساسي لجعله صالحًا للسكن، لأنه يحمي الحياة من الإشعاعات المؤينة الضارة في الفضاء.

ويخطط الباحثون الآن لتوسيع دراستهم لتشمل التصميمات الداخلية للكواكب الخارجية المكتشفة مؤخرًا. يقول لين: "إننا نهدف أيضًا إلى دراسة تأثير حركة الذرات الجماعية على مجموعة من الخصائص الأخرى التي تعتبر ضرورية لفهمنا لأعماق الأرض". عالم الفيزياء.

• محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. تمكين نفسك. الوصول هنا.
• أفلاطونايستريم. ذكاء Web3. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
• أفلاطون كربون، كلينتك ، الطاقة، بيئة، شمسي، إدارة المخلفات. الوصول هنا.
• أفلاطون هيلث. التكنولوجيا الحيوية وذكاء التجارب السريرية. الوصول هنا.
• المصدر https://physicsworld.com/a/iron-atoms-in-earths-inner-core-are-on-the-move/