Исследование показало, что ядро Земли может быть богато кислородом
Кислород может существовать в твердом внутреннем ядре Земли, заявили ученые из Центра перспективных исследований науки и техники высокого давления из Колумбийского университета (Мадрид), 14 декабря сообщает La Jornada.
Кислород — один из самых распространенных элементов на Земле. Однако в предыдущих исследованиях не было известно, присутствует ли он в какой-либо форме во внутреннем ядре Земли, состоящем в основном из железа.
Ученые под руководством Джин Лю обнаружили, что сплавы, богатые оксидом железа (FeO), стабильны при экстремальных давлениях и высоких температурах более (3000 К). Результаты, опубликованные в журнале The Innovation, показывают, что кислород может присутствовать в твердом внутреннем ядре планеты.
Поскольку внутреннее ядро находится далеко за пределами досягаемости человека, мы можем сделать вывод о его плотности и химическом составе только по сейсмическим сигналам, генерируемым землетрясениями.
В настоящее время считается, что легкие элементы существуют во внутреннем ядре, но вопрос о типе и содержании до сих пор остается спорным. Космохимические и геохимические данные свидетельствуют о том, что в ядре должны присутствовать сера, кремний, углерод и водород. Эксперименты и расчеты также подтвердили, что эти элементы смешиваются с чистым железом, образуя различные сплавы в условиях высоких температур и высокого давления глубоко внутри Земли.
Однако кислород обычно не рассматривается, как элемент внутреннего ядра. В основном это связано с тем, что сплавы FeO с богатым железом составом никогда не обнаруживались на поверхности или в мантии. Содержание кислорода во всех известных оксидах железа больше или равно 50 атомным процентам. Хотя люди пытались синтезировать соединения оксида железа с богатыми железом составами, такие вещества так и не были найдены.
Является ли внутреннее ядро Земли «бескислородным»? Для ответа на этот вопрос ученые провели эксперименты.
Чтобы приблизиться к температуре и давлению ядра Земли, чистое железо и оксид железа были помещены на кончики двух алмазных наковален и нагреты высокоэнергетическим лазерным лучом. После многих попыток было обнаружено, что химическая реакция между железом и оксидом железа происходит выше 220–260 ГПа и 3000 К.
Богатый железом сплав FeO может стабильно существовать при давлении около 200 ГПа. В таких условиях новые сплавы FeO, богатые железом, образуют компактную гексагональную структуру, в которой слои кислорода располагаются между слоями железа для стабилизации структуры. Такой механизм создает множество компактных компоновок, которые образуют большое семейство богатых железом соединений FeO.
Электронная структура зависит от концентрации кислорода и расположения слоев железа и кислорода. Механические и термические свойства сплава нуждаются в дальнейшем изучении.
