Вчені випустили крихітні снаряди залізовуглецевого сплаву з високошвидкісної гармати і продемонстрували тим самим, що дивний частково твердий, частково рідкий стан, який, як вважали, існує всередині ядра Землі, дійсно можливий, повідомляє Science Alert.
Цей суперіонний стан матерії може пояснити деякі незвичайні явища в ядрі. Наприклад, уповільнення певних хвиль. Крім того, він може пояснити результати вимірювань, які свідчать про те, що ядро м’яке, як масло, а не тверде, як сталь.
“Уперше ми експериментально показали, що сплав заліза і вуглецю в умовах внутрішнього ядра демонструє напрочуд низьку швидкість зсуву. У цьому стані атоми вуглецю стають дуже рухливими, дифундуючи через кристалічний каркас заліза подібно до дітей, які танцюють танці, в той час як саме залізо залишається твердим і впорядкованим. Ця так звана “суперіонна фаза” значно знижує жорсткість сплаву”, — заявив фізик Юцзюнь Чжан із Сичуаньського університету в Китаї.
Починаючи з 1930-х років, переважне уявлення про внутрішню будову Землі ґрунтувалося на моделі рідкого, розплавленого зовнішнього ядра і внутрішнього ядра, настільки стиснутого тиском, що воно залишається твердим, незважаючи на інтенсивний тепловий вплив. Але сейсмічні спостереження показали, що це не повна картина.
Розуміння внутрішньої структури Землі засноване на сейсмічних даних. Те, як акустичні хвилі поширюються і відбиваються від матеріалів з різними властивостями, дало змогу вченим отримати доволі докладне уявлення про внутрішню архітектуру нашої планети. Але низька швидкість зсувних хвиль, особливо в ядрі, говорить про те, що якщо воно і тверде, то не в тому вигляді, до якого ми звикли.
У 2022 році група дослідників під керівництвом геофізика Ю Хе з Китайської академії наук теоретично продемонструвала, що суперіонність може вирішити цю загадку. У той час як величезний тиск усієї ваги Землі у внутрішньому ядрі утримує залізо у твердій матриці, екстремальна температура дає змогу легшим атомам текти й рухатися подібно до рідини. У суперіонному стані речовина одночасно є і твердою, і рідкою.
І тепер можливість цього підтвердили експериментально. Чжан, Хе та їхні колеги використали метод, званий динамічним ударним стисненням, щоб стиснути невеликий шматочок залізовуглецевого сплаву настільки сильно, що він почав поводитися так, як якщо б перебував усередині ядра Землі.
Для прискорення зразків дослідники використовували газові гармати – високоточні пристрої, що використовують бездимний порох і стиснений газ для розгону найдрібніших частинок до екстремальних швидкостей.
Під час експерименту вчені запускали залізовуглецевий снаряд зі швидкістю понад сім кілометрів на секунду по сильно стислій мішені з фториду літію. Удар генерує зворотну ударну хвилю, яка стискає зразок до тиску до 140 гігапаскалів і температури близько 2600 Кельвінів (2327 градусів Цельсія).
Це не так екстремально, як у внутрішньому ядрі, де діапазон тиску становить від 330 до 360 гігапаскалів, а температура сягає 5000-6000 Кельвінів, але досить високо, щоб відтворити ключові аспекти середовища ядра.
Дослідники показали, що в цих умовах залізна матриця залишається міцно зафіксованою на місці, а вуглець переміщується між зазорами.
