地球内核中的铁原子正在移动 – 物理世界

美国和中国的研究人员表示，地心铁原子的运动速度比之前想象的要快得多。这些发现基于对地球固体内核条件的机器学习辅助模拟，可以为地核的地震和地球动力学特性提供新的线索，而这些特性尚未完全了解。

地球内核主要由固体铁组成，它有几个有趣的特征。其一，核心中剪切波（穿过材料体的弹性波）的速度非常低。核心还具有极高的泊松比，这是衡量其在垂直于压缩方向的方向上膨胀的难易程度的指标；当为 0.45 时，核心的泊松比更接近液体或弹性材料（例如橡胶）的泊松比 (0.5)，而不是钢或铸铁的泊松比 (0.21-0.31)。

人工智能辅助方法

为了揭示这些不寻常特征的物理机制，研究人员领导 林荣福 在 德克萨斯大学奥斯汀分校地球科学学院 首先使用机器学习计算来模拟数以万计的铁原子在内核中普遍存在的极高温度和压力下的行为。这种人工智能辅助的方法使他们能够可靠地预测铁原子在这些条件下的运动。

接下来，他们通过一系列实验证实了这些模拟，这些实验重现了地球内核的极高温度和压力。通过向小铁板上发射快速移动的射弹并测量由此产生的冲击波，他们能够计算出内核条件下铁原子中的声速。

铁原子集体运动

尽管内核中的铁原子被认为以重复的六边形密排图案排列，但研究人员发现，模型系统中的铁原子团仍然可以快速移动，改变它们在金属晶格中的位置，同时保持整体六边形的排列。结构。研究小组表示，这种集体运动可以解释为什么内核的地震测量揭示了在如此高的温度和压力下预期的剪切波速度要低得多且泊松比要高的环境。

“我们发现的重大发现是，固体铁在地球深处变得出人意料地柔软，因为它的原子移动速度比我们想象的要多得多，”团队成员解释道 张友军 四川大学学士. “这种增加的运动使内核的刚性降低，并且抵抗剪切力的能力更弱。”

在地球深处检测到量子相变

除了解释内核异常低的剪切波速度和超高泊松比之外，结果描述于 PNAS，还可以揭示内核如何为地球的地球发电机提供动力。这台发电机产生的能量产生了我们星球的磁场——这是使其适合居住的重要组成部分，因为它可以保护生命免受太空中有害的电离辐射的影响。

研究人员现在计划将他们的研究扩展到最近发现的系外行星内部。林说：“我们还旨在研究集体原子运动对一系列其他特性的影响，这些特性对于我们了解地球深处至关重要。” 物理世界.

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• Sumber: https://physicsworld.com/a/iron-atoms-in-earths-inner-core-are-on-the-move/