Nguyên tử sắt trong lõi trái đất đang chuyển động

Nguyên tử sắt trong lõi trái đất đang chuyển động

Dấu thời gian: Ngày 29 tháng 2023 năm 9 00:XNUMX sáng

Đồ thị thể hiện các nhóm nguyên tử sắt chuyển động nhanh chóng trong một hệ mô hình, thay đổi vị trí của chúng trong mạng kim loại trong khi vẫn duy trì cấu trúc lục giác tổng thể của nó
Mô hình các nguyên tử sắt đang chuyển động trong lõi bên trong Trái Đất. Mô hình này cho thấy các nguyên tử sắt dự kiến ​​sẽ di chuyển như thế nào trong lõi bên trong của Trái đất trong 10 pico giây, hay 10 phần nghìn tỷ giây. (Được phép: Zhang và cộng sự.)

Các nguyên tử sắt ở trung tâm Trái đất chuyển động nhanh hơn nhiều so với suy nghĩ trước đây, các nhà nghiên cứu ở Mỹ và Trung Quốc cho biết. Các phát hiện này dựa trên mô phỏng các điều kiện được hỗ trợ bằng máy học trong lõi bên trong rắn của Trái đất, có thể làm sáng tỏ các đặc tính địa chấn và địa động lực của lõi, những đặc tính chưa được hiểu đầy đủ.

Lõi bên trong của Trái đất chủ yếu được cấu tạo từ sắt rắn và nó có một số đặc điểm hấp dẫn. Thứ nhất, vận tốc của sóng biến dạng – sóng đàn hồi di chuyển qua thân vật liệu – trong lõi cực kỳ thấp. Lõi cũng có tỷ lệ Poisson cực cao, đây là thước đo mức độ dễ dàng giãn nở theo hướng vuông góc với hướng nén; ở mức 0.45, tỷ lệ Poisson của lõi gần với tỷ lệ của chất lỏng hoặc vật liệu co giãn như cao su (0.5) hơn so với thép hoặc gang (0.21-0.31).

Phương pháp tiếp cận được hỗ trợ bởi trí tuệ nhân tạo

Để khám phá các cơ chế vật lý chịu trách nhiệm cho những đặc điểm bất thường này, các nhà nghiên cứu dẫn đầu bởi Jung-Fu Lin tại Đại học Texas tại Trường Khoa học Địa chất Austin bắt đầu bằng cách sử dụng các phép tính học máy để mô phỏng hành vi của hàng chục nghìn nguyên tử sắt dưới nhiệt độ và áp suất cực cao chiếm ưu thế ở lõi bên trong. Cách tiếp cận được hỗ trợ bởi trí tuệ nhân tạo này cho phép họ dự đoán một cách đáng tin cậy chuyển động của các nguyên tử sắt trong những điều kiện này.

Tiếp theo, họ chứng thực những mô phỏng này bằng một loạt thí nghiệm tái tạo nhiệt độ và áp suất cực cao của lõi bên trong Trái đất. Bằng cách bắn một viên đạn chuyển động nhanh vào một tấm sắt nhỏ và đo sóng xung kích tạo ra, họ có thể tính toán vận tốc âm thanh trong các nguyên tử sắt trong điều kiện lõi bên trong.

Chuyển động tập thể của nguyên tử sắt

Mặc dù các nguyên tử sắt ở lõi bên trong được cho là sắp xếp theo mô hình lục giác khép kín lặp lại, nhưng các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng các nhóm nguyên tử sắt trong hệ mô hình của họ vẫn có thể di chuyển nhanh chóng, thay đổi vị trí của chúng trong mạng kim loại trong khi vẫn duy trì cấu trúc lục giác tổng thể. kết cấu. Theo đội nghiên cứu, chuyển động tập thể này có thể giải thích tại sao các phép đo địa chấn ở lõi bên trong cho thấy một môi trường có vận tốc sóng biến dạng thấp hơn nhiều và tỷ số Poisson cao hơn dự kiến ​​ở nhiệt độ và áp suất cao như vậy.

Thành viên nhóm giải thích: “Khám phá lớn mà chúng tôi tìm thấy là sắt rắn trở nên mềm mại đáng kinh ngạc ở sâu bên trong Trái đất vì các nguyên tử của nó có thể di chuyển nhiều hơn những gì chúng ta từng tưởng tượng”. Trương Hữu Quân của Đại học Tứ Xuyên. “Sự chuyển động gia tăng này làm cho lõi bên trong bớt cứng hơn [và] yếu hơn trước lực cắt.”

Cùng với việc giải thích tốc độ sóng biến dạng đặc biệt thấp và tỷ số Poisson siêu cao của lõi bên trong, kết quả được mô tả trong PNAS, cũng có thể làm sáng tỏ cách lõi bên trong giúp cung cấp năng lượng cho địa động lực của Trái đất. Năng lượng từ máy phát điện này tạo ra từ trường của hành tinh chúng ta – một thành phần thiết yếu giúp hành tinh này có thể ở được vì nó bảo vệ sự sống khỏi bức xạ ion hóa có hại trong không gian.

Các nhà nghiên cứu hiện có kế hoạch mở rộng nghiên cứu của họ sang các phần bên trong ngoại hành tinh được phát hiện gần đây. Lin nói: “Chúng tôi cũng nhằm mục đích nghiên cứu tác động lên chuyển động tập thể của nguyên tử đối với một loạt các tính chất khác cần thiết cho sự hiểu biết của chúng ta về độ sâu của Trái đất”. Thế giới vật lý.

Dấu thời gian:

Thêm từ Thế giới vật lý