Ученые раскрыли тайну поведения железа в недрах Земли, воспроизведя этот процесс в лаборатории. Узнайте больше о результатах их исследования! (фото)

Железо является одним из ключевых элементов, найденных во внутреннем ядре Земли, где царят крайне высокие температуры и давление. Понимание того, как железо ведет себя в этих экстремальных условиях, может значительно улучшить современное представление о структуре недр Земли и ее геодинамике, сообщает PHYS.org.

В рамках нового исследования международная команда из Европейского центра синхротронного излучения в Гренобле, Политехнического института Парижа и других мировых институтов исследовала температуру плавления и фазовую стабильность ударно-сжатого железа при высоких температурах и давлениях, используя сверхбыструю рентгеновскую абсорбционную спектроскопию. Результаты этого исследования проливают свет на кривую плавления и структурную фазу железа в условиях, аналогичных тем, что наблюдаются в недрах Земли.

Первый автор исследования отметил, что целью их работы было изучение микроскопического поведения железа в условиях экстремального давления и температуры, достигающего нескольких мегабар и тысяч градусов Кельвина, с применением сверхбыстрой синхротронной рентгеновской абсорбционной спектроскопии. Исследователи также полагают, что их работа критически важна для понимания свойств ядра Земли, в основном состоящего из железа с небольшим количеством других элементов.

Поскольку железо является основой ядра Земли, его свойства устанавливают верхний предел температуры плавления на границе, разделяющей внутреннее и внешнее ядро планеты. Определение этой температуры, по мнению ученых, может помочь в изучении геодинамики, а также способствовать пониманию процесса кристаллизации земного ядра, что приводит к образованию внутреннего ядра.

Команда провела эксперимент, используя мощные лазеры с энергией более 40 Дж с энергодисперсионным пучком ID24-ED, оптимизированным для сверхбыстрой (≈100 пс) рентгеновской абсорбционной спектроскопии.

По словам Балугани, мощный лазер нацелен на многослойную мишень, удаляя первый слой для создания горячей плазмы. Эта плазма расширяется и генерирует ударную волну, которая распространяется со сверхзвуковой скоростью через образец железа. Ударная волна создает экстремальные условия давления и температуры в железе. В то же время рентгеновские лучи синхронизируются для захвата спектра XAS железа в момент выхода ударной волны из образца, что соответствует пиковым давлению и температуре в железе.

В результате ученые получили детальную информацию о структурной фазе железа при чрезвычайно высоких давлениях и температурах. Команде также удалось определить структурные изменения, которые испытывает элемент в условиях, отражающих те, что присутствуют в ядре Земли.

По словам Балугани, они с командой также установили, что фаза чистого железа при 240 ГПа и 5345 К, непосредственно перед плавлением, представляет собой гексагональную плотноупакованную (ГПУ), а не объемноцентрированную кубическую (ОЦК) структуру, как это предсказывали многие теоретические исследования.

Авторы исследования подчеркивают, что их результаты имеют важные последствия для будущих исследований геодинамики Земли. Измерения, собранные исследователями, могут в конечном итоге продвинуть понимание внутренней структуры нашей планеты и ее термической истории.

Результаты ученых устанавливают новые ограничения на кривую плавления железа в экстремальных условиях, опровергая некоторые более ранние теории.