Οι μετρήσεις της ταχύτητας του ήχου ρίχνουν φως στο εσωτερικό της Γης

Οι ερευνητές μέτρησαν την ταχύτητα του ήχου σε καθαρό σίδηρο υπό πιέσεις παρόμοιες με αυτές που υπάρχουν στο όριο του εσωτερικού πυρήνα της Γης. Το αποτέλεσμα υποδηλώνει ότι αυτή η περιοχή του πυρήνα μπορεί να είναι εμπλουτισμένη σε πυρίτιο και θείο.

«Μπορεί να προκαλεί έκπληξη, αλλά δεν έχουμε πολλές πληροφορίες για το κέντρο του πλανήτη στον οποίο ζούμε», λέει Alfred Baron του Κέντρο RIKEN SPring-8 στην Ιαπωνία. «Μπορεί κανείς να σκάψει μερικά χιλιόμετρα, και τα ηφαίστεια και οι τεκτονικές πλάκες μπορούν να φέρουν υλικό από βάθη μερικών εκατοντάδων χιλιομέτρων, αλλά αυτό που βρίσκεται κάτω, μέχρι το κέντρο της Γης περίπου 6000 χιλιόμετρα κάτω από τα πόδια μας, δεν είναι καλά κατανοητό. ”

Η τρέχουσα εικόνα του εσωτερικού της Γης υποδηλώνει ότι ο εξωτερικός πυρήνας του πλανήτη (που βρίσκεται περίπου 3000 km κάτω) είναι κυρίως υγρός σίδηρος, με έναν εσωτερικό πυρήνα από συμπαγή σίδηρο από κάτω. Αυτές οι πληροφορίες λαμβάνονται με την παρακολούθηση των σεισμικών κυμάτων από τους σεισμούς καθώς διαδίδονται στον πλανήτη, δίνοντας δεδομένα για την πυκνότητα και την ταχύτητα του ήχου, και συγκεκριμένα τις ταχύτητες συμπιεστικού και διατμητικού κύματος.v_p και v_s αντίστοιχα). Ωστόσο, οι τιμές που μετρήθηκαν με αυτόν τον τρόπο δεν συμφωνούν ακριβώς με αυτό που αναμένεται για τον καθαρό σίδηρο σύμφωνα με το Preliminary Reference Earth Model (PREM), εξηγεί ο Baron. Ως εκ τούτου, πρέπει να υπάρχει κάτι άλλο –ενδεχομένως κάτι λιγότερο πυκνό– παρόν στον πυρήνα.

«Τι είναι αυτό το υλικό, και πόσο μπορεί να υπάρχει, είναι ενεργοί τομείς έρευνας, καθώς έχουν επιπτώσεις στην κατανόηση των παρόντων ιδιοτήτων της Γης και της εξέλιξης του ηλιακού συστήματος στο σύνολό του», λέει.

Βελτιωμένη έκδοση ενός διαμαντένιου κυττάρου άκμονα

Ένα εναλλακτικό μέσο για τη διερεύνηση της συμπεριφοράς των υλικών σε υψηλές πιέσεις είναι η χρήση μιας κυψέλης άκμονα διαμαντιού (DAC). Ωστόσο, ακόμη και με αυτό το εργαλείο, χρειάζεται σημαντική ικανότητα για να επιτευχθούν πιέσεις συγκρίσιμες με αυτές στον πυρήνα της Γης.

Οι αισθητήρες διαμαντιών ανιχνεύουν την ύλη σε υψηλές πιέσεις

Στην πιο πρόσφατη δουλειά, ηγέτες έργων Daijo Ikuta, Eiji Ohtani και ο Alfred Baron χρησιμοποίησαν μια βελτιωμένη έκδοση ενός DAC, γνωστής ως κλιμακωτό αμόνι, σε συνδυασμό με ανελαστική σκέδαση ακτίνων Χ και μετρήσεις περίθλασης ακτίνων Χ. Η τεχνική σκέδασης ακτίνων Χ επιτρέπει στους ερευνητές να παρατηρούν ατομικές κινήσεις σε υλικά χρησιμοποιώντας ακτίνες Χ και είναι η μόνη μέθοδος για τη μέτρηση της ταχύτητας του ήχου σε μέταλλα απευθείας υπό ακραία στατική συμπίεση σε ένα DAC. Οι ερευνητές έκαναν αυτές τις μετρήσεις στις εγκαταστάσεις του RIKEN για ανελαστική σκέδαση ακτίνων Χ. Quantum NanoDynamics Beamline στο Spring-8 στην επαρχία Χιόγκο.

Αυτές οι μετρήσεις αποκάλυψαν ότι σε πίεση 310–327 GPa – η υψηλότερη στατική πίεση που έχει επιτευχθεί ποτέ σε μελέτες που χρησιμοποιούν ανελαστική σκέδαση ακτίνων Χ και στο χώρο Τεχνικές περίθλασης ακτίνων Χ - η πυκνότητα του εξαγωνικού-κλειστού-συσκευασμένου σιδήρου είναι 13.87 g/cm³. Οι ερευνητές διαπίστωσαν επίσης ότι v_p και v_s του εσωτερικού πυρήνα είναι περίπου 4% και 36% πιο αργές, αντίστοιχα, από τις αντίστοιχες ταχύτητες καθαρού σιδήρου σε πιέσεις στον εσωτερικό πυρήνα. «Αυτές οι τιμές πυκνότητας και ταχύτητας ήχου μπορούν να εξηγηθούν με την προσθήκη περίπου 3% πυριτίου και 3% θείου (κατά βάρος) στο σίδηρο στον εσωτερικό πυρήνα, όπως μπορεί να συμβεί από έναν επιλεκτικό εμπλουτισμό υλικού λόγω της ανάπτυξης του εσωτερικού πυρήνα. εξωτερικός πυρήνας», λέει ο Baron Κόσμος Φυσικής.

Τα αποτελέσματα αναφέρονται αναλυτικά στο Nature Communications.

• SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
• πηγή: https://physicsworld.com/a/sound-speed-measurements-shed-light-on-earths-interior/