Условия центра Земли впервые воссоздали в лаборатории

15 Апреля 2020

МОСКВА, 15 апреля - Японские ученые, используя ячейку с алмазными наковальнями, впервые смогли в лабораторном эксперименте получить давления и температуры, характерные для наружного ядра Земли, а также проверить, каким будет при этом его состав. Результаты опубликованы в журнале Physical Review Letters.

Первичные данные о состоянии непубличных оболочек Земли геофизики получают из результатов сейсмических наблюдений. Крупные землетрясения вызывают сейсмические волны, которые распространяются в теле вселенной, и по характеру пролегания которых — изменению скоростей и преломлению — ученые судят о глубинных структурах и границах слоев Земли.

Из результатов сейсмических наблюдений актуального, что в центре Земли находится твердое ядро, окруженное менее плотной, частично растопленной оболочкой — внешним ядром. Ученые предполагают, что эта оболочка сложена расплавленным железом, возможно, с примесями некоторых еще элементов.

Компьютерное моделирование и физические расчеты позволяют предполагать, какие в этой зоне надлежащим быть условия — давление и температура. Но ученым всегда хотелось проверить эти данные исследовательского. Понятно, что пробуравить скважину до ядра Земли и опустить туда зонд невозможно, поэтому речь шла только об экспериментах на приборах.

Японские ученые из Токийского университета решили для моделирования условий земного ядра использовать систему под названием ячейка с алмазными наковальнями. Физически она кажет собой два алмаза конической формы, через острые концы тот или других передаются сжимающие усилия на рабочие площадки диаметром менее миллиметра. Благодаря исключительной твердости и степень прочности алмаза таким образом могут быть достигнуты давления в несколько пять миллионов атмосфер в огромном диапазоне температур, а прозрачность алмазов разрешает при этом изучать сквозь них образец с помощью целого ряда методов.

Авторы определенным образом доработали алмазную наковальню, что разрешило им впервые достичь в лабораторском эксперименте давлений и температур, характерных для внешнего ядра, производя при этом рентгеновские измерения. Еще одна сложность состояла в том, что в алмазной наковальне надо было зажимать не твердый материал, а жидкое железо. Измерять герметичность жидкого образца труднее, чем твердого, поскольку для это такого требуется больше времени. Но благодаря уникальной экспериментальной установке, которую авторы создавали в течение двадцати лет, им уродилось собрать необходимые данные.

Воссоздать условия центра Земли здесь, на на поверхности, нелегко, — доводятся в пресс-релизе университета слова первого автора исследования Ясухиро Кувейама (Yasuhiro Kuwayama). — Мы использовали алмазную наковальню для сжатия образца жидкого железа, подверженного сильному нагреву. Но для того, чтобы создать на сегодняшний деть условия, нам нужно имелось поддерживать их достаточно долго, чтобы проводить измерения. Это было настоящей проблемой.

Исследователи успешно выяснили плотность жидкого железа и простота распространения звука через него при чрезвычайно высоких давлениях. Для этого они использовали высокофокусный рентгеновский источник синхротронного комплекса SPring-8 с самой высокой в мире энергией, расположенный в префектуре Хёго, Япония.

Результаты подтвердили, что жидкое железо обладает примерно на 8 процентов большей плотностью, чем расплавленное внешнее ядро, а значит, в общий составе последнего помимо железа присутствуют другие, более легкие элементы, которые в настоящее время не идентифицированы.

Мы обнаружили, что герметичность жидкого железа, такого как во внешнем ядре, сочиняет около 10 тонн на кубичный метр при давлении 116 гигапаскалей, а температура — 4350 Кельвинов, — пояснил Кувайяма. — Для справки, типичная комнатная температура составляет около 273 Кельвинов. Таким способом, этот образец в 16 раз горячее вашей комнаты и в 10 раз плотнее воды.

Авторы надеются, что их конечный результаты помогут раскрыть тайны глубинного строения Земли и будут полезны при построении моделей других планет.

Редактор рубрики

Олег Кудрин

Место события на карте мира:

Условия центра Земли впервые воссоздали в лаборатории

комментарии (0)

Другие интересные новости

Ивлеева опровергла слухи об отъезде из России после "голой вечеринки"