Ученые Техасского университета совместно с коллегами из Китая изучили определенные группы атомов железа во внутреннем ядре Земли. Оказалось, что они способны быстро перемещаться, меняя свои места за доли секунды. Эти действия не сказываются на основной металлической структуре железа — она сохраняется, пишет Phys.org.
Изучить глубинные секреты планеты удалось с помощью лабораторных экспериментов и теоретических моделей. Они показали, что атомы во внутреннем ядре движутся гораздо больше и чаще, чем считалось ранее.
«Теперь мы знаем о фундаментальном механизме, который поможет нам понять динамические процессы и эволюцию внутреннего ядра Земли», — комментирует Юнг-Фу Лин, профессор Школы геонаук Джексона при Техасском университете и один из ведущих авторов исследования.
Поскольку взять пробу ядра Земли напрямую невозможно, специалисты воссоздали его в миниатюре в лаборатории. Для этого они взяли небольшую железную пластину и выстрелили в нее быстро движущимся снарядом. Данные о температуре, давлении и скорости, собранные в ходе эксперимента, затем были введены в компьютерную модель атомов во внутреннем ядре с машинным обучением.
По словам специалистов, атомы железа во внутреннем ядре расположены в повторяющейся шестиугольной конфигурации. Большинство компьютерных моделей, изображающих динамику решетки железа во внутреннем ядре, показывают лишь небольшое количество атомов — обычно менее сотни. Но, используя алгоритм искусственного интеллекта, исследователи смогли значительно расширить атомную среду, создав «суперъячейку» примерно из 30 000 атомов для более надежного прогнозирования свойств железа.
В масштабе суперъячейки ученые наблюдали, как группы атомов движутся, меняя места, но сохраняя при этом общую гексагональную структуру.
Движение атомов может объяснить, почему сейсмические измерения показывают, что среда внутри Земли гораздо более мягкая и податливая, чем можно было бы ожидать при характерном для нее давлении.
«Сейсмологи обнаружили, что центр Земли, называемый внутренним ядром, удивительно мягок, примерно так же, как мягкое масло на вашей кухне, — уточняет профессор Юнг-Фу Лин. — Большое открытие, которое мы обнаружили, заключается в том, что твердое железо становится удивительно мягким глубоко внутри Земли, потому что его атомы могут двигаться гораздо больше, чем мы когда-либо могли себе представить. Это увеличенное движение делает внутреннее ядро менее жестким и более слабым по отношению к силам сдвига».
Новое понимание активности внутреннего ядра на атомном уровне облегчит проведение будущих исследований того, как энергия и тепло генерируются внутри Земли и как формируется магнитное поле планеты.
Смотрите, какими красотами богата Земля:
