PRL: Физики синтезировали кристаллы материала, который находится в ядре Земли

Физики достигли нового прорыва, используя алмазную наковальню, чтобы сжать железо до формы, которую оно предположительно принимает в центре Земли. Эта форма, известная как гексаферрум или эпсилон-железо (ϵ-Fe), является стабильной только при высоких давлениях.

Ученые полагают, что большая часть железа в ядре Земли находится в этой форме, и понимание его свойств может раскрыть тайну направленных изменений текстуры, анизотропии, в самом центре нашей планеты.

«Здесь мы сообщаем о синтезе монокристаллов ϵ-Fe в ячейках с алмазными наковальнями и последующем измерении констант упругости монокристаллов этой фазы до 32 ГПа при 300 Кельвинах с помощью неупругого рассеяния рентгеновских лучей», — пишет группа под руководством физика Аньес Деваэле из Университета Париж-Сакле во Франции.

Однако столкнувшись с трудностью воспроизвести условия ядра на поверхности Земли, где атмосферное давление гораздо ниже, ученые обратились к созданию высокого давления при помощи алмазной наковальни и тепла. Ими была поставлена задача преобразовать феррит, фазу железа при атмосферном давлении, в гексаферрум. Обычно при таком преобразовании феррит распадается на непригодные для анализа мельчайшие кристаллы, что мешает изучению его упругих свойств.

Однако команда физиков, включая Деваэле, решительно подходила к этой проблеме поэтапно. С помощью алмазной наковальни в вакуумном нагревателе при давлении, превышающем атмосферное в 70 000 раз, и температуре до 800 кельвинов, они создали промежуточную фазу железа — аустенит или гамма-железо. Этот аустенит затем плавно превращался в гексаферрум при высоких давлениях от 15 до 33 гигапаскалей и температуре 300 градусов Кельвина.

Для исследования гексаферрума и его свойств команда использовала синхротронный луч в Европейском центре синхротронного излучения. Полученные данные позволяют ученым более детально изучать ядро Земли, которое до сих пор было в значительной степени воссоздано на основе сейсмических данных. Анизотропия — свойство гексаферрума распространяться быстрее вдоль определенной оси — была обнаружена сохраняющейся даже при изменении давления, указывая на его поведение в условиях внутреннего ядра с давлением до 360 гигапаскалей. Эти результаты согласуются с наблюдениями сейсмических волн, распространяющихся по всей планете.

Полученные данные и методы исследования команды ученых открывают новые возможности для понимания экстремальных условий в центре нашей планеты и являются важным шагом к расширению наших знаний о строении и свойствах ядра Земли.

Источник: Physical Review Letters.

0 комментариев