Иллюстрация: The Core / Paramount Pictures. Группа японских геофизиков установила, что показатели плотности или температуры земного ядра могут существенно превышать ранее принятые оценки. Данный вывод был сделан на основе уточненных измерений в условиях экстремально высокого давления (порядка нескольких мегаатмосфер). Результаты исследования были опубликованы в научном журнале Science Advances. Точное определение состава ядра имеет критическое значение для понимания геодинамики и эволюции планеты. Ввиду невозможности получения прямых образцов вещества из глубоких недр Земли, текущие знания о структуре ядра базируются на сопоставлении лабораторных данных с сейсмологическими наблюдениями, сведениями о составе метеоритов и параметрами температуры ядра.
Чтобы объяснить меньшую плотность ядра по сравнению с плотностью железа, ученые уже выдвигали предположение, что земное ядро содержит легкие элементы. Однако этот вывод критически зависит от наличия точной шкалы давления, необходимой для сопоставления давления, полученного в лаборатории, с геологическим давлением. В предыдущих исследованиях ученые использовали шкалу давлений, основанную во многом на экстраполяции и приближениях, особенно в области экстремально высоких значений. При этом результаты прошлых исследований ограничивались давлениями порядка одной мега атмосферы.
Дайдзе Икута (Daijo Ikuta) из Университета Тохоку с коллегами исследовал продольные и поперечные акустические скорости в образце рения, размещенного в ячейке с алмазными наковальнями в условиях экстремального давления. Ученые использовали метод неупругого рентгеновского рассеяния для измерения энергий продольных и поперечных мод в образце и рентгенографию для определения его плотности. Высокооптимизированная установка с размером луча пять микрометров и специальной оптикой для уменьшения фона позволила ученым расширить диапазон исследований до мульти мега атмосферных давлений ядра Земли.
Геофизики решили уравнение конечного состояния, используя полученные значения акустических скоростей и плотности образца. Это уравнение основано на теории конечной деформации с изотермическим модулем объемного сжатия и плотностью. Оно устанавливает связь между плотностью и первичным давлением на масштабах мульти мега атмосфер. В результате ученые получили параметры уравнения, которые сходятся с предыдущими исследованиями до давления порядка 0,8 мега атмосферы, но начинают существенно отличаться при более больших давлениях. Расхождение достигает 20 процентов при плотности 30 грамм на кубический сантиметр и продолжает расти с увеличением давления.
Первичная шкала давления для рения и калиброванная зависимость плотности от давления для гексагонального плотноупакованного железа. Daijo Ikuta et al. / Science Advances
Чтобы понять влияние полученной калибровки шкалы по рению, ученые провели одновременные измерения с рением, гексагональным плотноупакованным железом и оксидом магния MgO при одинаковых давлениях путем лазерного отжига образцов для минимизации девиантных напряжений. Полученные решения уравнения состояния для гексагонального плотноупакованного железа в шкале рения также совпали с результатами предыдущих измерений в области до примерно одной мега атмосферы, но существенно разошлись при более больших давлениях.
Зависимость давления от температуры для гексагонального плотноупакованного железа при высокой температуре и для предварительной эталонной модели Земли. Daijo Ikuta et al. / Science Advances
Как показывает это исследование, ядро нашей планеты еще довольно плохо изучено. И не только по составу. Например, недавно китайские ученые обнаружили, что ядро Земли существенно замедлилось.
Автор: Дмитрий Рудик
Источник: https://nplus1.ru/
