Твердое железное ядро Земли оказалось не таким «текучим», как предполагали
Математическая модель для расчета самодиффузии в кристаллической решетке плотноупакованного железа во внутреннем ядре Земли позволила скорректировать сведения об аномалиях ядра, 14 апреля сообщил научный портал Phys.org.
Внутри земли находится твердое внутреннее ядро, состоящее из железа. В обычном состоянии железо имеет кубическую кристаллическую решетку. Однако во внутреннем земном ядре из-за гигантского давления кристаллическая решетка железа имеет плотноупакованную гексагональную (шестигранную) структуру. Это — железо фазы HCP.
Ученые-геофизики давно знают, что внутреннее ядро Земли неоднородно. Однако природа этой неоднородности неясна. Внутреннее ядро находится на глубине 5150 км и подвержено давлению более 300 гигапаскаль (это более 3 млн раз превышает атмосферное давление). При этом внутреннее ядро имеет температуру примерно 5 400 градусов по Цельсию. По указанным причинам исследователи не могут непосредственно изучать внутреннее ядро Земли, а лишь по косвенным данным.
Доктор Себастьян Риттербекс и профессор Таку Цутия из Исследовательского центра геодинамики университета Эхиме (Япония) применили компьютерное моделирование, основанное на уравнениях квантовой механики и некотором начальном наборе волновых функций (так называемые расчеты из первых принципов или ab initio, для количественного определения атомной диффузии в гексагональном плотно упакованном железе (HCP).
Теоретики стремились определить пределы «текучести» металла при экстремальных температурах и давлении во внутреннем ядре Земли. Это необходимо для того, чтобы понять причину большой сейсмической анизотропии между восточной и западной частями внутреннего ядра.
Дело в том, что ранее сейсмологические наблюдения показали, что скорость сейсмических волн, создаваемых землетрясениями, сильно зависит от их направления при прохождении через внутреннее ядро. Это явление получило название «сейсмическая анизотропия».
Текучесть металла связана с дефектами кристаллической решетки, которая возникает из-за атомной диффузии. Математическая модель Риттербекса и Цутия позволила количественно расчитать самодиффузию железа при давлении и температуре внутреннего ядра Земли.
Оказалось, что вязкость плотноупакованного гексагонального HCP железа ниже, чем предполагалось в прежних геофизических моделях. Этот вывод ученых повлек целый ряд корректировок в знаниях о внутреннем ядре Земли.
Низкая вязкость железа HCP, подтвержденная в данном теоретическом исследовании, хорошо согласуется с экспериментальными данными о сильной связи между внутренним ядром и мантией.
Ученые сделали вывод о том, что ассимметрия между восточной и западной частями внутреннего ядра не связана с поступательным движением этого самого ядра (как это предполагалось ранее), а имеет другую причину.
