Атомы железа во внутреннем ядре Земли находятся в движении

Атомы железа в центре Земли движутся гораздо быстрее, чем считалось ранее, говорят исследователи из США и Китая. Результаты, основанные на моделировании условий в твердом внутреннем ядре Земли с помощью машинного обучения, могут пролить новый свет на сейсмические и геодинамические свойства ядра, которые до конца не изучены.

Внутреннее ядро ​​Земли состоит в основном из твердого железа и имеет несколько интригующих характеристик. Во-первых, скорость поперечных волн – упругих волн, которые движутся через тело материала – в ядре исключительно низка. Ядро также имеет чрезвычайно высокий коэффициент Пуассона, который является мерой того, насколько легко оно расширяется в направлении, перпендикулярном направлению сжатия; при 0.45 коэффициент Пуассона сердечника ближе к жидкому или эластичному материалу, такому как резина (0.5), чем к стали или чугуну (0.21–0.31).

Подход с использованием искусственного интеллекта

Чтобы раскрыть физические механизмы, ответственные за эти необычные особенности, исследователи под руководством Юнг-Фу Линь на Техасский университет, Школа геонаук Остина началась с использования вычислений машинного обучения для моделирования поведения десятков тысяч атомов железа при чрезвычайно высоких температурах и давлениях, которые преобладают во внутреннем ядре. Этот подход, основанный на искусственном интеллекте, позволил им надежно предсказать движение атомов железа в этих условиях.

Затем они подтвердили эти симуляции серией экспериментов, воссоздавших чрезвычайно высокие температуры и давления во внутреннем ядре Земли. Выпустив быстро движущийся снаряд по небольшой железной пластине и измерив возникающие ударные волны, они смогли рассчитать скорость звука в атомах железа во внутренних условиях ядра.

Коллективное движение атомов железа

Хотя считается, что атомы железа во внутреннем ядре расположены повторяющимся гексагональным плотноупакованным узором, исследователи обнаружили, что группы атомов железа в их модельных системах все еще могут быстро перемещаться, меняя свое место в металлической решетке, сохраняя при этом общую гексагональную структуру. состав. По мнению команды, это коллективное движение может объяснить, почему сейсмические измерения внутреннего ядра показывают среду с гораздо более низкой скоростью поперечной волны и более высоким коэффициентом Пуассона, чего можно было бы ожидать при таких высоких температурах и давлениях.

«Большое открытие, которое мы сделали, заключается в том, что твердое железо становится удивительно мягким глубоко внутри Земли, потому что его атомы могут двигаться гораздо дальше, чем мы когда-либо могли себе представить», — объясняет член команды. Юджун Чжан Сычуаньского университета. «Это увеличенное движение делает внутреннее ядро ​​менее жестким [и] более слабым по отношению к силам сдвига».

Квантовый фазовый переход обнаружен глубоко внутри Земли

Помимо объяснения исключительно низкой скорости поперечной волны и сверхвысокого коэффициента Пуассона внутреннего ядра, результат, описанный в PNAS, также может пролить свет на то, как внутреннее ядро ​​питает геодинамо Земли. Энергия этой динамо-машины генерирует магнитное поле нашей планеты – важный компонент для того, чтобы сделать ее пригодной для жизни, поскольку она защищает жизнь от вредного ионизирующего излучения в космосе.

Теперь исследователи планируют распространить свое исследование на недавно обнаруженные недра экзопланет. «Мы также стремимся исследовать влияние коллективного движения атомов на ряд других свойств, которые важны для нашего понимания глубин Земли», — говорит Лин. Мир физики.

• SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
• PlatoData.Network Вертикальный генеративный ИИ. Расширьте возможности себя. Доступ здесь.
• ПлатонАйСтрим. Интеллект Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
• ПлатонЭСГ. Углерод, чистые технологии, Энергия, Окружающая среда, Солнечная, Управление отходами. Доступ здесь.
• ПлатонЗдоровье. Биотехнологии и клинические исследования. Доступ здесь.
• Источник: https://physicsworld.com/a/iron-atoms-in-earths-inner-core-are-on-the-move/