Вимірювання швидкості звуку проливають світло на надра Землі

Дослідники виміряли швидкість звуку в чистому залізі під тиском, подібним до тих, які існують на внутрішній межі ядра Землі. Результат свідчить про те, що ця область ядра може бути збагачена кремнієм і сіркою.

«Це може бути дивно, але ми не маємо багато інформації про центр планети, на якому ми живемо», — каже Альфред Барон в RIKEN Spring-8 Центр в Японії. «Можна копати на кілька кілометрів, а вулкани і тектоніка плит можуть підняти матеріал з глибини в кілька сотень кілометрів, але те, що лежить внизу, аж до центру Землі приблизно в 6000 км під нашими ногами, не зовсім зрозуміло. »

Наша поточна картина внутрішньої частини Землі свідчить про те, що зовнішнє ядро ​​планети (розташоване приблизно на 3000 км нижче) складається здебільшого з рідкого заліза з внутрішнім ядром із твердого заліза під ним. Цю інформацію отримують шляхом відстеження сейсмічних хвиль від землетрусів, коли вони поширюються планетою, що дає дані про щільність і швидкість звуку, а зокрема про швидкість хвилі стиснення та зсуву (v_p та v_s відповідно). Проте виміряні таким чином значення не збігаються з тим, що очікується для чистого заліза згідно з попередньою еталонною моделлю Землі (PREM), пояснює Барон. Отже, в ядрі повинно бути щось інше – можливо, щось менш щільне.

«Що це за матеріал і скільки його може бути, є активними областями дослідження, оскільки вони мають значення для розуміння сучасних властивостей Землі та еволюції Сонячної системи в цілому», — говорить він.

Покращена версія комірки з алмазним ковадлом

Альтернативним способом дослідження поведінки матеріалів під високим тиском є ​​використання комірки з алмазним ковадлом (DAC). Однак навіть із цим інструментом потрібні значні навички, щоб досягти тиску, порівнянного з тиском у ядрі Землі.

Алмазні датчики досліджують речовину під високим тиском

В останній роботі керівники проекту Дайо Ікута, Ейдзі Отані і Альфред Барон використовували вдосконалену версію ЦАП, відому як ковадло зі ступінчастим скосом, у поєднанні з непружним рентгенівським розсіюванням і рентгенівською дифракцією. Техніка розсіювання рентгенівських променів дозволяє дослідникам спостерігати рухи атомів у матеріалах за допомогою рентгенівських променів і є єдиним методом вимірювання швидкості звуку в металах безпосередньо під екстремальним статичним стисненням у ЦАП. Дослідники провели ці вимірювання на установці RIKEN для непружного розсіювання рентгенівського випромінювання, Квантова нанодинаміка Beamline на Spring-8 в префектурі Хіого.

Ці вимірювання показали, що при тиску 310–327 ГПа – найвищому статичному тиску, коли-небудь досягнутому в дослідженнях з використанням непружного рентгенівського розсіювання та на місці Рентгенівська дифракція – щільність гексагонального заліза в закритій упаковці становить 13.87 г/см.³. Дослідники також виявили, що v_p та v_s внутрішнього ядра приблизно на 4% і 36% повільніше, відповідно, ніж відповідні швидкості чистого заліза при внутрішньому тиску ядра. «Ці значення щільності та швидкості звуку можна пояснити додаванням приблизно 3% кремнію та 3% сірки (за вагою) до заліза у внутрішньому ядрі, як це може статися через вибіркове збагачення матеріалу через зростання внутрішнього ядра з зовнішнє ядро», — розповідає Барон Світ фізики.

Результати детально описані в Природа зв'язку.

• Розповсюдження контенту та PR на основі SEO. Отримайте посилення сьогодні.
• Платоблокчейн. Web3 Metaverse Intelligence. Розширені знання. Доступ тут.
• джерело: https://physicsworld.com/a/sound-speed-measurements-shed-light-on-earths-interior/