Железо в земном ядре кубическое, а не гексагональное

Ученые провели новые исследования свойств железа при экстремальных давлениях. Результаты указывают, что в подобных условиях атомам наиболее выгодно располагаться в кубической решетке, а не в гексагональной, как считают многие другие исследователи. Выводы должны быть справедливы и для вещества в ядре Земли. Препринт работы опубликован на сервере arXiv.org.

Многочисленные собранные учеными данные говорят, что железо в центре Земли должно находиться в твердом состоянии, в то время как во внешнем ядре оно жидкое. Один из основных источников информации об этой области — землетрясения, распространение колебаний от которых зависит от параметров среды и позволяет восстановить их. В частности, S-волны (от английского shear — сдвиг) не могут распространяться во внешнем ядре, но могут во внутреннем. Однако тип решетки твердого железа продолжает оставаться предметом споров.

При комнатной температуре железо обладает объемноцентрированной кубической упаковкой, при повышенном оно перестраивается в гексагональную плотноупакованную форму. Еще более высокие давления изучать очень сложно, так как приходится использовать алмазные наковальни для создания давления, одновременно с этим направляя на крохотный образец лазерный луч для нагрева и рентгеновское излучение из синхротрона для определения кристаллической структуры. Большинство ученых склоняется к тому, что в этих условиях железо обладает гексагональной симметрией.

Тем не менее, сейсмологи обратили внимание, что скорость распространения землетрясений при движении от полюса до полюса отличается от направления вдоль экватора. Это можно объяснить, если предположить, что свойства железа в ядре Земли анизотропы, то есть различны в разных направлениях, поскольку эластичность поперек атомных слоев намного выше, чем вдоль. Однако теоретические расчеты показывают, что гексагональная решетка при таких давлениях не проявляет столь значимой анизотропии.

В новой работе ученые из американского Института Карнеги утверждают, что многие эксперименты с алмазными наковальнями могут быть неточны, так как пучок рентгеновского излучения не сильно меньше в диаметре, чем нагреваемая область, поэтому данные могут быть загрязнены веществом из соседних холодных областей. Они усовершенствовали эксперимент и освещали образец рентгеновскими лучами до, во время и после нагревания. В результате удалось объяснить, почему другие группы пришли к иному выводу, и найти сигнал одного семейства плоскостей дифракции кубической решетки. Авторы понимают, что другие ученые сперва отнесутся скептически к их заявлениям, поэтому готовят еще более совершенный эксперимент.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.