В недрах найдено то, что питает магнитное "сердце" Земли: открыто новое состояние материи

Новое исследование показало, что самое внутреннее ядро Земли на самом деле не является обычным твердым телом, а находится в "суперионном состоянии". В этом странном состоянии материи атомы углерода свободно перемещаются, как жидкость, через твердую железную решетку, пишет Daily Mail.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

Считается, что это позволяет внутреннему ядру планеты вести себя как твердое тело, оставаясь при этом таким же податливым, как расплавленный металл. Группа китайских ученых считает, что это соответствует странному поведению внутреннего ядра, которое годами ставило ученых в тупик. Аналогично, поток этих жидкоподобных элементов в ядре может играть ключевую роль в поддержании магнитных полей Земли.

По словам соавтора исследования, доктора Юцянь Хуана из Сычуаньского университета, диффузия атомов внутри внутреннего ядра представляет собой ранее упущенный из виду источник энергии для геодинамо. Помимо тепла и конвекции, вызванной изменением состава, движение легких элементов, подобное движению жидкости, может способствовать работе магнитного двигателя Земли

Внутреннее ядро Земли представляет собой сферу из железного сплава массой 102 квинтиллиона тонн и является одной из самых экстремальных сред во всей Солнечной системе. На глубине около 5000 километров под нашими ногами ядро сжато давлением более 3,3 миллиона атмосфер и нагрето до температур, близких к температурам поверхности Солнца.

Однако самые глубокие слои нашей планеты также демонстрируют некоторые странные и противоречивые явления. Например, несмотря на то, что предполагается будто ядро твердое, в других отношениях оно ведет себя будто размягченный металл. Предыдущие исследования уже показали, что сейсмические волны, проходящие сквозь внутренне ядро Земли, замедляются, подобно звуку, распространяющемуся в воде. Данные также указывают, что внутреннее ядро по сути демонстрирует уровень пластичности близкий к маслу, а не стали.

Потребовались годы, чтобы ученые смогли понять, как эта часть Земли может быть одновременно такой твердой и податливой. Одно из объяснений заключается в том, что оно сочетает в себе поведение как твердых, так и жидких тел в одном единственном состоянии вещества.

По словам другого соавтора исследования, профессора Юцзюня Чжана из Сычуаньского университета, в этом странном состоянии атомы углерода становятся очень подвижными, диффундируя через кристаллический железный каркас, в то время как само железо остается твердым и упорядоченным. Это суперионное состояние значительно снизит жесткость внутреннего ядра, оставаясь при этом твердым.

Моделирование 2022 года показало, что внутреннее ядро планеты может перейти в эту фазу, однако необходимые условия настолько экстремальны, что их почти невозможно проверить. В ходе исследования ученые подвергли образцы железо-углерода воздействию мощных ударных волн, чтобы воссоздать условия, существующие во внутреннем ядре.

В результате команда разогнала металл до скорости 25 200 км/ч, создав давление в 1,38 миллиона атмосфер и температуру около 2300°C. Далее ученые проанализировали ударные волны, вызванные этими столкновениями и обнаружили, что образцы железа и углерода стали значительно более пластичными по мере приближения к условиям, наблюдаемым во внутреннем ядре планеты.

Все это указывает на то, что они перешли в суперионную фазу, и металл в ядре, вероятно, находится в той же фазе. Авторы отмечают, что результаты их работы могут существенно изменить представление геологов о самых глубоких слоях планеты. По сути, это не просто может объяснить, почему внутреннее ядро мешает сейсмическим волнам, но и поможет нам понять эволюцию планеты.