การวัดความเร็วเสียงทำให้แสงสว่างภายในโลก

นักวิจัยได้วัดความเร็วของเสียงในเหล็กบริสุทธิ์ภายใต้แรงกดดันที่คล้ายกับที่มีอยู่ที่ขอบเขตแกนในของโลก ผลการวิจัยชี้ให้เห็นว่าบริเวณแกนกลางนี้อาจอุดมด้วยซิลิกอนและกำมะถัน

“อาจเป็นเรื่องที่น่าแปลกใจ แต่เราไม่มีข้อมูลมากนักเกี่ยวกับศูนย์กลางของโลกที่เราอาศัยอยู่” กล่าว อัลเฟรด บารอน ของ ศูนย์ RIKEN SPring-8 ในญี่ปุ่น. “คนเราขุดลึกลงไปได้ไม่กี่กิโลเมตร ภูเขาไฟและแผ่นเปลือกโลกสามารถนำวัสดุขึ้นมาจากความลึกไม่กี่ร้อยกิโลเมตร แต่สิ่งที่อยู่ด้านล่าง ลึกลงไปถึงใจกลางโลกประมาณ 6000 กิโลเมตรใต้ฝ่าเท้าของเรานั้นไม่เป็นที่เข้าใจกันดีนัก ”

ภาพภายในโลกปัจจุบันของเราแสดงให้เห็นว่าแกนโลกชั้นนอก (ซึ่งอยู่ลึกลงไปประมาณ 3000 กม.) ส่วนใหญ่เป็นเหล็กเหลว โดยมีแกนในเป็นเหล็กแข็งอยู่ข้างใต้ ข้อมูลนี้ได้มาจากการติดตามคลื่นไหวสะเทือนจากแผ่นดินไหวขณะแพร่กระจายผ่านดาวเคราะห์ ทำให้ได้ข้อมูลเกี่ยวกับความหนาแน่นและความเร็วของเสียง โดยเฉพาะความเร็วของคลื่นแรงอัดและแรงเฉือน (v_p และ v_s ตามลำดับ). อย่างไรก็ตาม ค่าที่วัดได้นั้นไม่ตรงกันทุกประการกับสิ่งที่คาดหวังสำหรับเหล็กบริสุทธิ์ตามแบบจำลองโลกอ้างอิงเบื้องต้น (PREM) บารอนอธิบาย ดังนั้นจึงต้องมีอย่างอื่น - อาจมีความหนาแน่นน้อยกว่า - อยู่ในแกนกลาง

“วัสดุนั้นคืออะไร และอาจมีมากน้อยเพียงใด เป็นพื้นที่ของการตรวจสอบที่กระตือรือร้น เนื่องจากพวกมันมีความหมายต่อการทำความเข้าใจคุณสมบัติปัจจุบันของโลกและวิวัฒนาการของระบบสุริยะโดยรวม” เขากล่าว

รุ่นปรับปรุงของเซลล์ทั่งเพชร

อีกวิธีหนึ่งในการสำรวจพฤติกรรมของวัสดุที่ความดันสูงคือการใช้เซลล์ทั่งเพชร (DAC) อย่างไรก็ตาม แม้จะใช้เครื่องมือนี้ แต่ก็ต้องใช้ทักษะพอสมควรเพื่อให้ได้แรงกดดันที่เทียบได้กับแรงดันในแกนโลก

หัววัดเซ็นเซอร์เพชรมีความสำคัญที่แรงดันสูง

ในผลงานล่าสุดหัวหน้าโครงการ ไดโจ อิคุตะ, เอย์จิ โอทานิ และอัลเฟรด บารอนใช้ DAC รุ่นปรับปรุงที่เรียกว่าทั่งยกนูนแบบขั้นบันได รวมกับการวัดการกระเจิงของรังสีเอกซ์ที่ไม่ยืดหยุ่นและการวัดการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ เทคนิคการกระเจิงของรังสีเอกซ์ช่วยให้นักวิจัยสามารถสังเกตการเคลื่อนที่ของอะตอมในวัสดุโดยใช้รังสีเอกซ์ และเป็นวิธีเดียวในการวัดความเร็วเสียงในโลหะโดยตรงภายใต้การบีบอัดแบบคงที่มากใน DAC นักวิจัยได้ทำการวัดเหล่านี้ที่โรงงานของ RIKEN สำหรับการกระเจิงของรังสีเอกซ์แบบไม่ยืดหยุ่น Quantum NanoDynamics Beamline ที่ Spring-8 ในจังหวัดเฮียวโก

การวัดเหล่านี้เผยให้เห็นว่าที่ความดัน 310–327 GPa – ความดันสถิตที่สูงที่สุดเท่าที่เคยมีมาในการศึกษาโดยใช้การกระเจิงของรังสีเอกซ์แบบไม่ยืดหยุ่นและ ในแหล่งกำเนิด เทคนิคการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ – ความหนาแน่นของเหล็กปิดบรรจุหกเหลี่ยมคือ 13.87 g/cm³. นักวิจัยยังพบว่า v_p และ v_s ของแกนในจะช้ากว่าความเร็วที่สอดคล้องกันของเหล็กบริสุทธิ์ประมาณ 4% และ 36% ที่แรงดันแกนใน “ค่าความหนาแน่นและค่าความเร็วเสียงเหล่านี้สามารถอธิบายได้โดยการเติมซิลิกอนประมาณ 3% และกำมะถัน 3% (โดยน้ำหนัก) ลงในเหล็กในแกนใน ซึ่งอาจเกิดขึ้นจากการเลือกเสริมวัสดุเนื่องจากการเติบโตของแกนในจาก แกนนอก” บารอนบอก โลกฟิสิกส์.

ผลลัพธ์มีรายละเอียดอยู่ใน การสื่อสารธรรมชาติ.

• เนื้อหาที่ขับเคลื่อนด้วย SEO และการเผยแพร่ประชาสัมพันธ์ รับการขยายวันนี้
• เพลโตบล็อคเชน Web3 Metaverse ข่าวกรอง ขยายความรู้. เข้าถึงได้ที่นี่.
• ที่มา: https://physicsworld.com/a/sound-speed-measurements-shed-light-on-earths-interior/