Ученые нашли новое состояние вещества в центре Земли

Учёные установили, что внутреннее ядро Земли ведёт себя как особый суперионный твёрдый материал: углерод в его составе перемещается почти как жидкость внутри прочной железной решётки. Такое поведение объясняет необычные сейсмические сигналы и по-новому описывает процессы, связанные с формированием магнитного поля планеты.

Работа, опубликованная в National Science Review группой исследователей под руководством Юйцзюнь Чжана, Юцянь Хуана и Юй Хэ, показала, что железо-углеродный сплав может переходить в суперионную фазу при условиях, соответствующих ядру — экстремальном давлении и высокой температуре. Участники проекта сообщили, что полученные ими данные указывают на крайне низкую скорость сдвиговых волн в таком материале: углеродные атомы становятся подвижными и свободно проходят через кристаллическую структуру железа, тогда как само железо остаётся твёрдым.

С помощью динамического ударного сжатия исследователи воссоздали давление до 140 ГПа и температуру порядка 2600 К, что близко к параметрам в центре Земли. Замеры подтвердили резкое снижение скорости сейсмических волн и рост коэффициента Пуассона — признаки, совпадающие с наблюдаемой «мягкостью» ядра.

Полученные результаты меняют представление о внутреннем ядре как о полностью жёстком объекте. Подвижность лёгких элементов может объяснять анизотропию сейсмических волн и служить дополнительным источником энергии для геодинамо, поддерживающего магнитное поле Земли. Исследование финансировалось Национальным фондом естественных наук Китая, региональной программой Сычуани и междисциплинарной инициативой Китайской академии наук.