Ученые синтезировали кристаллы из материала, который находится в ядре Земли

Используя алмазную наковальню, физики успешно придали железу ту форму, которая, как считается, находится глубоко в центре Земли.

Материал называется гексаферрум, или эпсилон-железо (ϵ-Fe), и оно стабильно только при чрезвычайно высоких давлениях. Ученые считают, что большая часть железа в ядре Земли имеет именно эту форму.

Здесь, на поверхности в условиях относительно низкого атмосферного давления, происходящее в ядре планеты довольно трудно воспроизвести. Но учёные могут создать условия высокого давления на короткие промежутки времени, используя алмазные наковальни и тепло.

Задача для ученых заключалась в преобразовании фазы железа, находящейся под атмосферным давлением, называемой ферритом, или альфа-железом. Обычно, когда к ферриту применяют высокое давление в попытке раздробить его на гексаферрум, он распадается на мелкие кристаллы, непригодные для детального анализа, что сводит на нет усилия по изучению его упругих свойств.

Поэтому исследователи из Университета Париж-Сакле подошли к решению проблемы поэтапно. Они поместили кристаллы феррита на алмазную наковальню в вакуумный нагреватель и увеличили давление до 7 гигапаскалей (это примерно в 70 000 раз превышает атмосферное давление на уровне моря) и температуру до 800 Кельвинов (527 градусов по Цельсию).

В результате образовалась промежуточная фаза железа, которая возникает при высоких температурах в атмосферных условиях, называемая аустенитом или гамма-железом. Аустенит имеет структуру, отличную от феррита, и кристаллы аустенита, созданные учеными, перешли в фазу гексаферрума гораздо более плавно при давлениях от 15 до 33 гигапаскалей при температуре 300 Кельвинов.

Ученые узнали, что находится в недрах Марса

читать

Затем они использовали синхротронный луч в Европейской установке синхротронного излучения, чтобы исследовать гексаферрум и проанализировать его свойства.

То, что мы знаем о ядре Земли, во многом реконструировано на основе сейсмических данных. Акустические волны, создаваемые сотрясениями планет, по-разному распространяются через разные материалы. Именно поэтому мы знаем, что ядро Земли состоит из различных слоев.

Но для более детального понимания нам нужно знать, что на самом деле представляет собой материал ядра и как он реагирует на акустические волны. Новая работа ученых показала, что эластичность гексаферрума зависит от направления: волны распространяются быстрее вдоль одной конкретной оси.

Результаты показывают, что методы команды могут стать отличным исследованием для понимания экстремальных условий в центре нашего мира.