Рентгенограммы до и во время экспериментов по деформации ГПУ-железа при 16,5-17,5 ГПа и 823-873 К. По этим рентгенограммам определяли деформацию образца при деформации.
Авторы и права: Ю Нишихара, Университет Эхимэ.

Хотя было предложено множество геодинамических механизмов относительно происхождения наблюдаемой сложной структуры внутреннего ядра Земли, четкого консенсуса достигнуто не было. Отчасти это связано с отсутствием точных данных о вязкости внутреннего ядра.

Обсуждалось, что доминирующий механизм динамики внутреннего ядра зависит от возраста и вязкости внутреннего ядра, и есть несколько механизмов-кандидатов, включая экваториальный рост внутреннего ядра и модели конвекции плюма.

Поскольку считается, что внутреннее ядро состоит из гексагонального плотноупакованного железа (ГПУ-железа), информация о вязкости ВПУ-железа является ключом к пониманию динамики внутреннего ядра. В новом исследовании, опубликованном в Journal of Geophysical Research: Solid Earth, учёные из Японии и Великобритании изучили реологию ВПУ-железа на основе экспериментов по деформации под высоким давлением и при высокой температуре.

Эксперименты по одноосному деформированию проводились на установке типа Д111, установленной на балке NE7A на ПФ-АР, КЕК, и на установке деформация-ДИА, установленной на балке BL04B1 на СПринге-8. С использованием предварительно спеченного железного стержня в качестве исходного материала были проведены эксперименты по деформации при давлениях 16,9–22,6 ГПа и температурах 423–873 К, при которых ГПУ-железо устойчиво существует. Напряжения и деформации образца при деформировании определяли на основании двумерной рентгеновской дифракции и рентгеновской рентгенографии соответственно с использованием монохроматизированного синхротронного рентгеновского излучения.

Результаты показали, что доминирующий механизм деформации в ГПУ-железе меняется в зависимости от температуры, при этом наиболее важными являются степенная ползучесть дислокаций и низкотемпературная ползучесть выше и ниже ~800 К соответственно. Основываясь на экстраполяции этих экспериментальных результатов, мы оцениваем вязкость внутреннего ядра как ≥ 10 19 Па, предполагая, что модель экваториального роста или поступательного режима является доминирующим геодинамическим механизмом во внутреннем ядре Земли.