Helikiiruse mõõtmised valgustavad Maa sisemust

Teadlased on mõõtnud heli kiirust puhtas rauas rõhu all, mis sarnaneb Maa tuuma sisepiiril eksisteerivatele rõhkudele. Tulemus näitab, et see südamiku piirkond võib olla rikastatud räni ja väävliga.

"See võib olla üllatav, kuid meil pole palju teavet selle planeedi keskpunkti kohta, millel me elame," ütleb Alfred Baron Euroopa RIKEN Spring-8 keskus Jaapanis. "Võib kaevata paar kilomeetrit alla ning vulkaanid ja laamtektoonika võivad tuua materjali mõnesaja km sügavuselt, kuid see, mis asub allpool, kuni Maa keskpunktini umbes 6000 km kaugusel meie jalge all, pole hästi mõistetav. ”

Meie praegune pilt Maa sisemusest viitab sellele, et planeedi välimine tuum (asub umbes 3000 km allpool) on enamasti vedel raud, mille all on tahkest rauast sisemine tuum. See teave saadakse maavärinate seismiliste lainete jälgimisel, kui need levivad läbi planeedi, andes andmeid heli tiheduse ja kiiruse ning täpsemalt surve- ja nihkelaine kiiruste kohta.v_p ja v_s vastavalt). Kuid sel viisil mõõdetud väärtused ei ühti täpselt sellega, mida eeldatakse puhta raua puhul esialgse võrdlusmaa mudeli (PREM) järgi, selgitab Baron. Seega peab tuumas olema midagi muud – võib-olla midagi vähem tihedat.

"Mis see materjal on ja kui palju seda võib olla, on aktiivsed uurimisvaldkonnad, kuna need mõjutavad Maa praeguste omaduste ja päikesesüsteemi kui terviku evolutsiooni mõistmist," ütleb ta.

Teemant alasi raku täiustatud versioon

Alternatiivne vahend materjalide käitumise uurimiseks kõrgel rõhul on teemant alasi elemendi (DAC) kasutamine. Kuid isegi selle tööriistaga on vaja märkimisväärseid oskusi, et saavutada Maa tuumas oleva survega võrreldav rõhk.

Teemantsensorid analüüsivad ainet kõrgel rõhul

Viimases töös projektijuhid Daijo Ikuta, Eiji Ohtani ja Alfred Baron kasutasid DAC-i täiustatud versiooni, mida tuntakse astmelise kaldega alasina, kombineerituna mitteelastse röntgenikiirguse hajumise ja röntgendifraktsiooni mõõtmisega. Röntgenikiirguse hajumise tehnika võimaldab teadlastel jälgida röntgenikiirte abil aatomi liikumisi materjalides ja see on ainus meetod metallide helikiiruse mõõtmiseks otse äärmusliku staatilise kokkusurumise all DAC-is. Teadlased tegid need mõõtmised RIKENi mitteelastse röntgenikiirguse hajumise rajatises, Quantum NanoDynamics Beamline kell Spring-8 Hyogo prefektuuris.

Need mõõtmised näitasid, et rõhul 310–327 GPa – kõrgeim staatiline rõhk, mis on kunagi saavutatud uuringutes, kus kasutati mitteelastset röntgenikiirguse hajumist ja kohapealne Röntgendifraktsioonitehnikad – kuusnurkse-suletud-pakitud raua tihedus on 13.87 g/cm³. Teadlased leidsid ka selle v_p ja v_s sisemise südamiku kiirused on vastavalt umbes 4% ja 36% aeglasemad kui puhta raua vastavad kiirused sisemise tuuma rõhul. "Neid tiheduse ja helikiiruse väärtusi saab seletada ligikaudu 3% räni ja 3% väävli (massi järgi) lisamisega sisemise südamiku rauale, mis võib tekkida materjali valikulise rikastamise tõttu, mis on tingitud südamiku sisemisest kasvust. välimine tuum," räägib Baron Füüsika maailm.

Tulemused on üksikasjalikult kirjeldatud Nature Communications.

• SEO-põhise sisu ja PR-levi. Võimenduge juba täna.
• Platoblockchain. Web3 metaversiooni intelligentsus. Täiustatud teadmised. Juurdepääs siia.
• Allikas: https://physicsworld.com/a/sound-speed-measurements-shed-light-on-earths-interior/