Odkrywamy tajemnicę jądra Ziemi – DW – 09.10.2023

Pod powierzchnią Ziemi, na głębokości około 5100 kilometrów, w sercu z litego żelaza kryje się tajemniczy sekret, który wcale nie jest podobny do tego, co sobie wyobrażaliśmy.

Naukowcy poczynili ostatnio niesamowite postępy w zrozumieniu wewnętrznego jądra. Odkryli na przykład, że jądro nie jest jednolitą kulą, ale ma złożoną teksturę i, co zaskakujące, przestaje się obracać co siedem dekad, zanim zmieni kierunek.

Teraz, w pionierskim badaniu przeprowadzonym przez Uniwersytet Teksasu w Austin we współpracy z chińskimi naukowcami, odkryto, że wewnętrzne jądro Ziemi może być mniej trwałe, niż wcześniej oczekiwano. to studio, Opublikowano w czasopiśmie Postępowanie Narodowej Akademii Nauk (Bnas), Na podstawie eksperymentów laboratoryjnych i modeli teoretycznych sugeruje, że tę niezwykłą elastyczność można przypisać hiperaktywnym atomom poruszającym się szybciej w ich strukturze molekularnej.

„Zbiorowy ruch” atomów w wewnętrznym jądrze Ziemi

W szczególności badanie ujawniło, że pewne grupy atomów żelaza w jądrze wewnętrznym, pomimo poddania ich astronomicznie wysokiemu ciśnieniu, najwyższemu na całej planecie, są w stanie w mgnieniu oka zmienić swoje położenie, zachowując przy tym podstawową strukturę metaliczną . Z żelaza. Zjawisko to nazywa się „ruchem masowym” i przypomina sposób, w jaki ludzie zmieniają miejsca przy stole – mówi Komunikat prasowy Uniwersytetu Teksasu w Austin.

„Żelazo w stanie stałym staje się zaskakująco miękkie wewnątrz Ziemi, ponieważ jego atomy mogą poruszać się znacznie bardziej, niż sobie wyobrażamy” – wyjaśnił Yujun Zhang, fizyk z Uniwersytetu w Syczuanie (Chiny). Dodał: „Ten większy ruch sprawia, że ​​rdzeń wewnętrzny jest mniej sztywny i słabszy na siły ścinające”.

Geodynamika i pole magnetyczne planety

Odkrycia te mogą rzucić światło na starożytne tajemnice związane z jądrem wewnętrznym i jego rolą w geodynamice Ziemi, procesie napędzającym pole magnetyczne planety.

Według naukowców około połowa energii geodynamicznej wytwarzającej pole magnetyczne Ziemi pochodzi z jądra wewnętrznego, a reszta pochodzi z jądra zewnętrznego. Ta nowa wiedza na temat aktywności na poziomie atomowym w jądrze wewnętrznym może stanowić solidną podstawę dla przyszłych badań nad wytwarzaniem energii i ciepła w jądrze wewnętrznym, ich związkiem z dynamiką jądra zewnętrznego oraz ich wspólnym wkładem w tworzenie się jądra wewnętrznego. rdzeń. Pole: ziemskie pole magnetyczne, które jest kluczowym elementem umożliwiającym zamieszkanie planety.

„Znamy teraz podstawowy mechanizm, który pomoże nam zrozumieć procesy dynamiczne i ewolucję wewnętrznego jądra Ziemi” – powiedział Jong-Fu Lin, profesor w Jackson School of Geosciences na Uniwersytecie Teksasu i jeden z głównych autorów badania. .

„To, co odkryliśmy, jest całkowicie sprzeczne z konwencjonalnym poglądem” – powiedział Lin. Newsweek. „Właśnie znalazłem odpowiedź na świętego Graala geofizyki” – dodał.

Domyślne jądro: „supercell”

Aby dojść do tych wniosków, badacze przeprowadzili eksperymenty wysokociśnieniowe w środowisku laboratoryjnym, ponieważ uzyskanie bezpośrednich próbek z wewnętrznego rdzenia jest niemożliwe ze względu na ekstremalne warunki temperaturowe i ciśnieniowe w tym regionie. Następnie wykorzystali algorytmy sztucznej inteligencji do opracowania symulacji komputerowej zwanej „superkomórką”, która pozwoliła im zbadać zachowanie atomów żelaza w tych ekstremalnych warunkach.

W przeszłości naukowcy symulowali wewnętrzne jądro Ziemi za pomocą modeli komputerowych skupiających się na mniej niż stu atomach ułożonych w powtarzalną strukturę sześciokątną. Jednak dzięki zastosowaniu algorytmów sztucznej inteligencji, jak wynika z oświadczenia, badaczom udało się znacząco zwiększyć liczbę atomów w swojej symulacji, tworząc w ten sposób „superkomórkę” składającą się z około 30 000 atomów. Podejście to pozwoliło na dokładniejsze przewidywanie właściwości żelaza w rdzeniu wewnętrznym.

„To odkrycie sugeruje, że ta sama fizyka ruchu masowego zachodzi również we wnętrzach innych planet, takich jak Mars i egzoplanety” – powiedział Lin. Newsweek. „Egzoplanety są narażone na ekstremalne warunki ciśnienia i temperatury, dlatego należy rozszerzyć warunki badawcze, aby sprawdzić, czy tak się stanie. Pomoże nam to ogólnie zrozumieć układy planetarne” – podsumował.

Pod redakcją Felipe Espinozy Wanga.