Neue Theorie erklärt, warum Kern ist die Erde nicht schmilzt

Geologen schätzen, dass der Erdkern ein drückender ist 5,700 K (5,427° C, 9,800° F), und doch ist der innere Kern eine feste Kugel aus Eisen - es etwa auf dem Niveau der Oberfläche der Sonne setzen. Warum ist es nicht verflüssigen, ist ein bisschen ein Rätsel, aber jetzt eine Studie von KTH Royal Institute of Technology legt eine neue Theorie, Simulieren, wie solide Eisen kann unter solchen extremen Bedingungen atomar stabil bleiben.

Hier auf der Oberfläche der Erde, Eisenatome sich in Würfel anordnen, in dem, was als eine kubisch raumzentrierte bekannt ist (BCC) Phase. Da dieser Zustand ist ein Produkt der Raumtemperatur und Normaldruck, Wissenschaftler haben lange geglaubt, dass Eisen in dieser Form nicht in den brütenden Temperaturen und starken Druck auf dem Planeten Zentrum existieren könnten. Unter diesen Bedingungen, die Kristall-Architektur von Eisen wurde auf der Form eines Sechsecks nehmen erwartet, in einem Zustand, genannt die hexagonalen, dicht gepackten (HCP) Phase.

Mit Hilfe des schwedischen Supercomputer Triolith, die neue Studie von KTH knirschte größere Datenmengen als bisher analysiert worden waren. Die Daten zeigten, dass der Kern wahrscheinlich zusammengesetzt war aus 96 Prozent reines Eisen, mit den restlichen vier Prozent Nickel und einigen leichten Elementen aus. Aber am wichtigsten, die Studie fand heraus, dass BCC Eisen zwar im Kern bestehen können, mit seiner Kristallstruktur stabil bleibt dank der sehr Merkmale, die bisher angenommen wurde, es zu destabilisieren.

“Unter den Bedingungen in Erdkern, BCC Eisen zeigt ein Muster von Atomdiffusion nie zuvor beobachtet,” sagt Anatoly Belonoshko, einer der Autoren der Studie. “Es scheint, dass die experimentellen Daten, die die Stabilität des BCC Eisen im Kern waren vor uns bestätigt - wir einfach nicht wissen, was das wirklich bedeutet.”

Die Kristallstrukturen können als unterteilt in gedacht werden “Flugzeuge” Atom - das ist, zweidimensionale Schichten von Atomen. So, Eisenatome in einer kubischen Phase in zwei Ebenen von vier Atom angeordnet, Herstellung der acht Ecken eines Würfels up. Diese Strukturen sind in der Regel ziemlich instabil, mit Flugzeugen aus der Form Schieben, aber bei extremen Temperaturen, the layers that slide off are reinserted into the mix, occurring reliably enough that it stabilizes the structure.

This diffusion normally destroys the crystal structure by liquifying it, but in this case, the iron manages to preserve its BCC structure. The researchers liken the planes to cards in a deck.

“The sliding of these planes is a bit like shuffling a deck of cards,” says Belonoshko. “Even though the cards are put in different positions, the deck is still a deck. Gleichfalls, the BCC iron retains its cubic structure. The BCC phase goes by the motto: ‘What does not kill me makes me stronger.’ The instability kills the BCC phase at low temperature, but makes the BCC phase stable at high temperature.”

This finding also helps explain another inner-Earth mystery: why do seismic waves travel faster pole-to-pole than east-to-west, through the core? This phenomenon has been explained by the core being anisotropic, meaning it has a directional texture like the grain of wood. If that texture runs north-south, that difference would be expected, and the stable BCC phase iron could create this texture.

“The unique features of the Fe BCC phase, such as high-temperature self-diffusion even in a pure solid iron, könnte für die Bildung von großen anisotropen Strukturen benötigte verantwortlich sein, die Erde inneren Kern Anisotropie zu erklären,” says Belonoshko. “Die Diffusion ermöglicht eine einfache Texturierung von Eisen in Reaktion auf eine Belastung.”

Quelle: newatlas.com, von Michael Irving