Физики синтезировали кристаллы, которые содержатся в ядре Земли

Ядро Земли, как известно, состоит из железа, но оно не однородное, так как разные слои отличаются температурой, плотностью и прочими параметрами. Причем железо внутри нашей планеты находится не в той форме, в которой мы привыкли его видеть на поверхности. По мнению ученых большая часть ядра представляет собой гексаферрум, или эпсилон-железо. Исследование этого вещества позволило бы получить больше информации о «сердце» планеты и ответить на вопросы, которые уже долгое время заставляют ученых ломать голову. Но гексаферрум не существует на поверхности Земли, так как может существовать только при экстремально высоком давлении и температуре. Конечно, можно создать давление и высокую температуру искусственно, однако гексаферрум получить до последнего момента не удавалось, так как он распадался на мелкие кристаллы, которые невозможно изучить. Но в недавнем исследовании ученым все же удалось решить эту проблему.

Физики синтезировали кристаллы, которые содержатся в ядре Земли. Алмазный пресс, в котором ученые смогли получить кристалл, не существующий на поверхности Земли. Фото.

Алмазный пресс, в котором ученые смогли получить кристалл, не существующий на поверхности Земли

Как ученые создали материал, из которого состоит ядро Земли

При обычном атмосферном давлении железо находится в фазе, именуемом ферритом, или альфа-железом. Ранее ученые уже пытались получить из феррита гексаферрум, но, как было сказано выше, он распадался, в результате чего изучение свойств становилось невозможным.

В ходе недавнего эксперимента, результаты которого были опубликованы в журнале Physical Review Letters, ученые использовали новую технологию получения гексаферрума. Высокое давление они обеспечили при помощи пресса с алмазными поверхностями. Причем сжатие феррита осуществляли плавно в несколько этапов. На первом этапе они увеличили давление до 7 гигапаскалей, то есть в 70 тысяч раз выше атмосферного давления. При этом нагрели железо до 527 градусов по Цельсию. К слову, внутри ядра Земли температура гораздо выше. Ранее мы уже рассказывали, что ядро даже горячее Солнца, но при этом находится в твердом состоянии.

Как ученые создали материал, из которого состоит ядро Земли. Большая часть ядра Земли состоит из гексаферрума. Фото.

Большая часть ядра Земли состоит из гексаферрума

Вышеописанные действия позволили ученым получить промежуточную фазу железа, которая встречается при обычном атмосферном давлении и высоких температурах. Эта фаза называется аустенитом или гамма-железом. Структура аустентита отличаетя от феррита, но это еще не эпсилон-железо. Затем исследователи постепенно повышали давление до 33 гигапаскалей, но при этом температуру понизили. В результате им удалось получить желаемый результат, то есть гексаферрум.

Но просто получить материал недостаточно. Самое главное — изучить его свойства. Сделать это тоже не просто, так как железо должно постоянно находиться под высоким давлением. Поэтому авторы работы использовали синхротронный луч в Европейской установке синхротронного излучения. Синхротронный луч представляет собой волновое излучение заряженными частицами, движущимися по криволинейной траектории со скоростью, близкой к скорости света. Взаимодействие этого излучения с материалом может многое рассказать о его свойствах.

Как ученые создали материал, из которого состоит ядро Земли. Схема получения гексаферрума при помощи алмазного пресса. Фото.

Схема получения гексаферрума при помощи алмазного пресса

Ученые разгадают все секреты ядра Земли?

В основном вся информация, которая известна в настоящий момент о ядре нашей планеты, получена благодаря сейсмическим волнам. Ранее мы уже рассказывали о том, что ученые делают выводы о материалы на основе того, как изменяются сейсмические волны, когда проходят сквозь него. В частности, благодаря этому удалось выяснить, что ядро состоит из нескольких слоев.

Однако изучение сейсмических волн дает лишь поверхностное представление о том, какой материал находится на глубине в несколько тысяч километров. Чтобы получить детальную информацию, необходимо знать, что на самом деле представляет собой материал ядра, как он реагирует на электромагнитные и акустические волны.

Ученые разгадают все секреты ядра Земли? Знания о ядре Земли получены в результате изучения сейсмических волн. Фото.

Знания о ядре Земли получены в результате изучения сейсмических волн

Работа ученых показала, что эластичность гексаферрума зависит от направления. То есть вдоль одной оси волны распространялись быстрее, чем вдоль другой оси. Эта особенность сохраняется при разном давлении. Отсюда можно сделать вывод, что гексаферрум также ведет себя и внутри ядра, где давление достигает 360 гигапаскалей. Эта информация согласуется с тем, как по планете распространяются сейсмические волны.

Скорее всего, в ближайшее время ученым удастся получить больше информации о ядре. Ну а пока напомним, что недавно удалось выяснить как выглядит ядро. Как выяснилось, оно вовсе не гладкое, а имеет определенную текстуру.