Исследователи на шаг приблизились к определению структуры железа в центре Земли
Во внутреннем ядре Земли преобладает железо, которое может существовать в виде твердого материала более чем в одной кристаллографической форме. (Это качество позволяет железу соединяться с другими элементами с образованием сплавов.) Наиболее стабильной формой железа при комнатной температуре является объемно-центрированная кубическая (ОЦК) структура. При чрезвычайно высоких давлениях он стабилен в своей гексагональной плотноупакованной (ГПУ) фазе. Однако серьезные споры вызывает структура железа в центре Земли. В новом исследовании, опубликованном в Geophysical Research Letters, Ян Сунь и его коллеги на один шаг приблизились к ответу.
C --> Расчеты TI при P = 323 ГПа. (a–c) показывают усредненные различия в энергии между системой A ab initio и классической системой C в моделировании TI-MD для жидкости, ОЦК и ГПУ соответственно. Сплошные линии — полиномиальные интерполяции.
Авторы и права: Письма о геофизических исследованиях (2023 г.). DOI: 10.1029/2022GL102447
Обсуждение сосредоточено на температурах плавления двух фаз железа при давлении в ядре: 323 гигапаскаля на внутренней границе ядра и 360 гигапаскалей в центре ядра. Предыдущие исследования пытались оценить температуру плавления с какой-либо точностью. Лучшие предположения имели диапазон неопределенности 500 K (440 ° F).
Исследователи используют два типа моделирования взаимодействия атомов для оценки температуры плавления железа во внутреннем ядре: классическое и неэмпирическое. Оба подхода имеют свои плюсы и минусы, но ни один из них пока не дал четкого ответа. В новом исследовании ученые объединили две стратегии моделирования для расчета температур плавления ГПУ и ОЦК железа в ядре Земли.
Они обнаружили, что ГПУ-фаза является стабильной фазой железа во внутреннем ядре. Температура плавления ГПУ- железа всегда выше, чем у ОЦК-формы, но эта разница очень мала. При давлении, близком к границе внутреннего ядра, исследование сообщает о температуре плавления 6357 ± 45 К для ГПУ-фазы и 6168 ± 80 К для ОЦК-фазы. При давлениях, близких к центру ядра, температура плавления составила 6 692 ± 45 К для ГПУ и 6 519 ± 80 К для ОЦК.
Исследование предлагает новые взгляды на структуру, эволюцию и динамику ядра Земли. Ученые говорят, что будущая работа должна включать влияние никеля и легких элементов на моделирование структуры внутреннего ядра.
