Унутар чврстог Земљиног језгра откривени „разиграни“ атоми гвожђа

У још једној студији која је изненадила научнике, тим истраживача мисли да је докучио зашто је Земљино чврсто гвоздено језгро мало мекше него што се очекивало: његови атоми се изгледа померају.

У унутрашњем језгру Земље, неких 5.100 километара испод наших ногу, атоми гвожђа су чврсто спаковани у хексагоналну структуру, сабијени под огромним притиском и високим температурама.

Недавна сеизмичка запажања открила су како Земљина унутрашња сфера показује нека интригантна својства, више попут меких метала као што је олово и ближе растопљеном гвожђу него чврста груда коју смо можда замишљали.

Према Јоуђину Џангу, физичару са Универзитета Сичуан у Кини, и колегама из Сједињених Држава и Кине који су извели низ компјутерских симулација и лабораторијских експеримената, то је зато што атоми гвожђа у унутрашњем језгру мењају положај унутар своје предложене хексагоналне структуре решетке.

Као људи који мењају места за столом, атоми гвожђа мигрирају на суседне положаје без нарушавања металне структуре гвожђа, што језгро чини савитљивијим, претпостављају Џанг и колеге.

„Чврсто гвожђе постаје изненађујуће меко дубоко у Земљи јер његови атоми могу да се крећу много више него што смо могли да претпоставимо“, објашњава Џанг. „Ово повећано кретање чини унутрашње језгро мање крутим, отпорнијим на силу трења."

Пре тога, научници су симулирали унутрашње језгро Земље користећи компјутерске моделе који су захватали мање од сто атома распоређених у понављајућу хексагоналну структуру.

Неки истраживачи су такође указивали на то да истопљени делови унутар унутрашњег језгра Земље могу објаснити нека од његових уочених својстава.

Али ти истопљени делови су вероватно били истиснути како се језгро учвршћивало, сматрају Џанг и његове колеге, а ниједна теорија још није свеобухватно објаснила чудну гипкост Земљине унутрашње кугле.

Да би проширили свој поглед на динамику решетке, Џанг и сарадници су користили суперкомпјутер и алгоритам машинског учења да симулирају много веће атомско окружење, од више од 10.000 атома.

Истраживачи су дали податке о моделу прикупљене из лабораторијских експеримената високог притиска и температуре дизајниране да опонаша услове унутрашњег језгра Земље.

На притисцима у распону од 230 до 330 ГП и температурама непосредно испод тачке топљења гвожђа, симулације чврсто збијене структуре решетке указују на то да се атоми гвожђа крећу по обрасцу колективног кретања „где један атом искаче из свог равнотежног положаја и гура свој суседни атом“.

Ова брза дифузија се дешава само током пикосекунде, једног трилионитог дела секунде, тако да кретање не ремети структуру решетке. Уместо тога, атоми се померају тако да се гвоздено језгро понаша као изузетно мека чврста супстанца.

Ови резултати су, наравно, засновани на теоријским прорачунима супстанце коју научници не могу да узоркују, и могу само издалека да закључују о њеним својствима. Имајући у виду та ограничења, налази су у складу са сеизмичким запажањима.

„Сада знамо за фундаментални механизам који ће нам помоћи да разумемо динамичке процесе и еволуцију унутрашњег језгра Земље“, каже ментор студије, проф. Јунг-Фу Лин, геолог са Универзитета Тексас.

Студија је објављена на порталу PNAS.