Lydhastighetsmålinger kaster lys over jordens indre

Forskere har målt lydhastigheten i rent jern under trykk som ligner på de som finnes ved jordens indre kjernegrense. Resultatet tyder på at denne delen av kjernen kan være anriket på silisium og svovel.

"Det kan være overraskende, men vi har ikke mye informasjon om sentrum av planeten vi bor på," sier Alfred Baron av RIKEN SPring-8 Senter i Japan. «Man kan grave seg ned noen kilometer, og vulkaner og platetektonikk kan hente materiale fra dyp på noen hundre kilometer, men det som ligger under, ned til jordens sentrum rundt 6000 km under føttene våre, er ikke godt forstått. ”

Vårt nåværende bilde av jordens indre antyder at planetens ytre kjerne (som ligger rundt 3000 km nede) for det meste er flytende jern, med en indre kjerne av fast jern under. Denne informasjonen oppnås ved å spore seismiske bølger fra jordskjelv når de forplanter seg gjennom planeten, og gir data om lydens tetthet og hastighet, og spesielt kompresjons- og skjærbølgehastighetene (v_p og v_s henholdsvis). Verdiene som er målt på denne måten stemmer imidlertid ikke helt overens med det som forventes for rent jern i henhold til Preliminary Reference Earth-modellen (PREM), forklarer Baron. Derfor må det være noe annet – muligens noe mindre tett – tilstede i kjernen.

"Hva det materialet er, og hvor mye av det det kan være, er aktive undersøkelsesområder, da de har implikasjoner for å forstå de nåværende egenskapene til jorden og utviklingen av solsystemet som helhet," sier han.

Forbedret versjon av en diamantamboltcelle

Et alternativt middel for å utforske oppførselen til materialer ved høyt trykk er å bruke en diamantamboltcelle (DAC). Men selv med dette verktøyet krever det betydelig dyktighet for å oppnå trykk som kan sammenlignes med dem i jordens kjerne.

Diamantsensorer sonderer materie ved høyt trykk

I det siste arbeidet, prosjektledere Daijo Ikuta, Eiji Ohtani og Alfred Baron brukte en forbedret versjon av en DAC kjent som en ambolt med trappet skrå, kombinert med uelastisk røntgenspredning og røntgendiffraksjonsmålinger. Røntgenspredningsteknikken lar forskere observere atombevegelser i materialer ved hjelp av røntgenstråler og er den eneste metoden for å måle lydhastigheten i metaller direkte under ekstrem statisk kompresjon i en DAC. Forskerne gjorde disse målingene ved RIKENs anlegg for uelastisk røntgenspredning, Quantum NanoDynamics Beamline på Spring-8 i Hyogo Prefecture.

Disse målingene viste at ved et trykk på 310–327 GPa – det høyeste statiske trykket som noen gang er oppnådd i studier med uelastisk røntgenspredning og in situ Røntgendiffraksjonsteknikker – tettheten av sekskantet-lukket-pakket jern er 13.87 g/cm³. Det fant forskerne også v_p og v_s av den indre kjernen er henholdsvis rundt 4 % og 36 % langsommere enn de tilsvarende hastighetene til rent jern ved indre kjernetrykk. "Disse tetthets- og lydhastighetsverdiene kan forklares ved tilsetning av rundt 3 % silisium og 3 % svovel (i vekt) til jernet i den indre kjernen, som kan skje ved en selektiv anrikning av materiale på grunn av indre kjernevekst fra ytre kjerne,” forteller Baron Fysikkens verden.

Resultatene er detaljert i Nature Communications.

• SEO-drevet innhold og PR-distribusjon. Bli forsterket i dag.
• Platoblokkkjede. Web3 Metaverse Intelligence. Kunnskap forsterket. Tilgang her.
• kilde: https://physicsworld.com/a/sound-speed-measurements-shed-light-on-earths-interior/