อะตอมเหล็กในแกนโลกชั้นในกำลังเคลื่อนที่ – โลกฟิสิกส์

อะตอมเหล็กในแกนโลกชั้นในกำลังเคลื่อนที่ – โลกฟิสิกส์

ประทับเวลา: 29 พฤศจิกายน 2023 9:00 น

กราฟแสดงกลุ่มอะตอมของเหล็กที่เคลื่อนที่อย่างรวดเร็วในระบบแบบจำลอง โดยเปลี่ยนตำแหน่งในตาข่ายโลหะในขณะที่ยังคงโครงสร้างหกเหลี่ยมโดยรวมไว้
แบบจำลองอะตอมเหล็กที่กำลังเคลื่อนที่ในแกนโลกชั้นใน แบบจำลองนี้แสดงให้เห็นว่าอะตอมของเหล็กคาดว่าจะเคลื่อนที่ในแกนโลกชั้นในของโลกอย่างไรในช่วง 10 พิโกวินาที หรือ 10 ล้านล้านวินาที (เอื้อเฟื้อโดย: Zhang และคณะ)

นักวิจัยในสหรัฐฯ และจีนกล่าวว่าอะตอมของเหล็กที่อยู่ใจกลางโลกเคลื่อนที่เร็วกว่าที่คิดไว้มาก การค้นพบนี้อิงจากการจำลองสภาวะในแกนโลกชั้นในที่เป็นของแข็งโดยใช้การเรียนรู้ด้วยเครื่องจักร ซึ่งอาจช่วยให้เกิดความกระจ่างใหม่เกี่ยวกับคุณสมบัติแผ่นดินไหวและธรณีพลศาสตร์ของแกนกลาง ซึ่งยังไม่เป็นที่เข้าใจอย่างสมบูรณ์

แกนโลกชั้นในประกอบด้วยเหล็กแข็งเป็นส่วนใหญ่ และมีลักษณะที่น่าสนใจหลายประการ ประการแรก ความเร็วของคลื่นเฉือนซึ่งเป็นคลื่นยืดหยุ่นที่เคลื่อนที่ผ่านตัววัสดุในแกนกลางนั้นต่ำมาก แกนกลางยังมีอัตราส่วนปัวซองที่สูงมาก ซึ่งเป็นการวัดว่าแกนขยายในทิศทางที่ตั้งฉากกับทิศทางการบีบอัดได้ง่ายเพียงใด ที่ 0.45 อัตราส่วนปัวซองของแกนจะใกล้เคียงกับอัตราส่วนของของเหลวหรือวัสดุยืด เช่น ยาง (0.5) มากกว่าอัตราส่วนของเหล็กหรือเหล็กหล่อ (0.21-0.31)

วิธีการช่วยปัญญาประดิษฐ์

นักวิจัยนำโดยเพื่อค้นหากลไกทางกายภาพที่รับผิดชอบต่อลักษณะที่ผิดปกติเหล่านี้ จุงฟู่ หลิน ที่ มหาวิทยาลัยเท็กซัสที่โรงเรียนธรณีศาสตร์แห่งออสติน เริ่มต้นด้วยการใช้การคำนวณแบบแมชชีนเลิร์นนิงเพื่อจำลองพฤติกรรมของอะตอมเหล็กนับหมื่นอะตอมภายใต้อุณหภูมิและแรงกดดันที่สูงมากซึ่งเกิดขึ้นที่แกนกลางชั้นใน วิธีการที่ได้รับความช่วยเหลือจากปัญญาประดิษฐ์นี้ทำให้พวกเขาคาดการณ์การเคลื่อนที่ของอะตอมเหล็กภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้ได้อย่างน่าเชื่อถือ

ต่อไป พวกเขายืนยันการจำลองเหล่านี้ด้วยชุดการทดลองที่สร้างอุณหภูมิและแรงกดดันที่สูงมากของแกนโลกชั้นในของโลกขึ้นมาใหม่ ด้วยการยิงกระสุนปืนที่เคลื่อนที่เร็วไปบนแผ่นเหล็กขนาดเล็กและวัดคลื่นกระแทกที่เกิดขึ้น พวกเขาสามารถคำนวณความเร็วของเสียงในอะตอมเหล็กภายใต้สภาวะแกนกลางภายในได้

การเคลื่อนที่ของอะตอมเหล็กรวม

แม้ว่าอะตอมของเหล็กในแกนในจะถูกจัดเรียงในรูปแบบปิดอัดหกเหลี่ยมซ้ำๆ นักวิจัยพบว่ากลุ่มอะตอมของเหล็กในระบบแบบจำลองของพวกเขายังสามารถเคลื่อนที่ได้อย่างรวดเร็ว โดยเปลี่ยนตำแหน่งในโครงตาข่ายโลหะในขณะที่ยังคงรักษารูปทรงหกเหลี่ยมโดยรวมไว้ โครงสร้าง. ทีมงานกล่าวว่า การเคลื่อนไหวโดยรวมนี้สามารถอธิบายได้ว่าทำไมการตรวจวัดแผ่นดินไหวในแกนกลางชั้นในจึงเผยให้เห็นสภาพแวดล้อมที่มีความเร็วคลื่นเฉือนต่ำกว่ามากและอัตราส่วนของปัวซองที่สูงกว่าซึ่งคาดว่าจะเกิดขึ้นที่อุณหภูมิและความดันสูงเช่นนี้

“การค้นพบครั้งใหญ่ที่เราพบคือเหล็กแข็งกลายเป็นอ่อนลงอย่างน่าประหลาดใจลึกลงไปในโลก เพราะอะตอมของมันสามารถเคลื่อนที่ได้มากกว่าที่เราจินตนาการไว้” สมาชิกในทีมอธิบาย ยูจุน จาง ของมหาวิทยาลัยเสฉวน “การเคลื่อนไหวที่เพิ่มขึ้นนี้ทำให้แกนในมีความแข็งน้อยลง [และ] อ่อนแอต่อแรงเฉือน”

เช่นเดียวกับการอธิบายความเร็วคลื่นเฉือนต่ำเป็นพิเศษและอัตราส่วนของปัวซองที่สูงเป็นพิเศษของแกนใน ผลลัพธ์ที่ได้อธิบายไว้ใน PNASยังสามารถให้ความกระจ่างว่าแกนกลางชั้นในช่วยสร้างพลังงานให้กับจีโอไดนาโมของโลกได้อย่างไร พลังงานจากไดนาโมนี้สร้างสนามแม่เหล็กของโลก ซึ่งเป็นองค์ประกอบสำคัญในการทำให้สามารถอยู่อาศัยได้ เนื่องจากช่วยปกป้องชีวิตจากรังสีไอออไนซ์ที่เป็นอันตรายในอวกาศ

ขณะนี้นักวิจัยวางแผนที่จะขยายการศึกษาไปยังการตกแต่งภายในของดาวเคราะห์นอกระบบที่เพิ่งค้นพบเมื่อเร็ว ๆ นี้ "เรายังมุ่งหวังที่จะตรวจสอบผลกระทบต่อการเคลื่อนที่ของอะตอมโดยรวมต่อคุณสมบัติอื่นๆ ที่จำเป็นต่อความเข้าใจของเราเกี่ยวกับโลกลึก" Lin กล่าว โลกฟิสิกส์.

ประทับเวลา:

เพิ่มเติมจาก โลกฟิสิกส์