Geluidssnelheidsmetingen werpen licht op het binnenste van de aarde

Onderzoekers hebben de geluidssnelheid gemeten in puur ijzer onder een druk die vergelijkbaar is met die aan de binnenste kerngrens van de aarde. Het resultaat suggereert dat dit gebied van de kern mogelijk verrijkt is met silicium en zwavel.

"Het is misschien verrassend, maar we hebben niet veel informatie over het centrum van de planeet waarop we leven", zegt Alfred Baron van de RIKEN SPring-8 centrum in Japan. “Je kunt een paar kilometer diep graven, en vulkanen en platentektoniek kunnen materiaal naar boven halen van een diepte van een paar honderd kilometer, maar wat daaronder ligt, tot in het centrum van de aarde zo’n 6000 kilometer onder onze voeten, is niet goed begrepen. ”

Ons huidige beeld van het binnenste van de aarde suggereert dat de buitenste kern van de planeet (ongeveer 3000 km naar beneden gelegen) voornamelijk uit vloeibaar ijzer bestaat, met een binnenkern van vast ijzer eronder. Deze informatie wordt verkregen door seismische golven van aardbevingen te volgen terwijl ze zich door de planeet voortplanten, wat gegevens oplevert over de dichtheid en de geluidssnelheid, en met name de compressie- en schuifgolfsnelheden (v_p en v_s respectievelijk). De aldus gemeten waarden komen echter niet precies overeen met wat verwacht wordt voor puur ijzer volgens het Preliminary Reference Earth-model (PREM), legt Baron uit. Daarom moet er iets anders – mogelijk iets minder dicht – aanwezig zijn in de kern.

"Wat dat materiaal is, en hoeveel ervan er is, zijn actieve onderzoeksgebieden, aangezien ze implicaties hebben voor het begrijpen van de huidige eigenschappen van de aarde en de evolutie van het zonnestelsel als geheel", zegt hij.

Verbeterde versie van een diamanten aambeeldcel

Een alternatieve manier om het gedrag van materialen bij hoge druk te onderzoeken, is het gebruik van een diamanten aambeeldcel (DAC). Maar zelfs met dit gereedschap is er veel vaardigheid nodig om een ​​druk te bereiken die vergelijkbaar is met die in de kern van de aarde.

Diamantsensoren tasten materie af bij hoge druk

In het laatste werk, projectleiders Daijo Ikuta, Eiji Ohtani en Alfred Baron gebruikte een verbeterde versie van een DAC die bekend staat als een getrapt afgeschuind aambeeld, gecombineerd met inelastische röntgenverstrooiing en röntgendiffractiemetingen. De röntgenverstrooiingstechniek stelt onderzoekers in staat atomaire bewegingen in materialen te observeren met behulp van röntgenstralen en is de enige methode om de geluidssnelheid in metalen direct onder extreme statische compressie in een DAC te meten. De onderzoekers voerden deze metingen uit bij RIKEN's faciliteit voor inelastische röntgenverstrooiing, de Quantum NanoDynamics-bundellijn bij Spring-8 in de prefectuur Hyogo.

Deze metingen toonden aan dat bij een druk van 310-327 GPa – de hoogste statische druk die ooit is bereikt in onderzoeken waarbij gebruik werd gemaakt van inelastische röntgenverstrooiing en in situ Röntgendiffractietechnieken - de dichtheid van hexagonaal gesloten verpakt ijzer is 13.87 g / cm³. De onderzoekers ontdekten ook dat v_p en v_s van de binnenkern zijn respectievelijk ongeveer 4% en 36% langzamer dan de overeenkomstige snelheden van zuiver ijzer bij druk in de binnenkern. "Deze waarden voor dichtheid en geluidssnelheid kunnen worden verklaard door de toevoeging van ongeveer 3% silicium en 3% zwavel (in gewicht) aan het ijzer in de binnenkern, zoals kan gebeuren door een selectieve verrijking van materiaal als gevolg van groei van de binnenkern uit de buitenste kern', vertelt Baron Natuurkunde wereld.

De resultaten staan ​​beschreven in Nature Communications.

• Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
• Bron: https://physicsworld.com/a/sound-speed-measurements-shed-light-on-earths-interior/