Nieuwe theorie verklaart waarom de kern van de aarde niet smelt

Geologen schatten dat de kern van de aarde is een zinderende 5,700 K (5,427° C, 9,800° F), waardoor het ongeveer op gelijke voet met het oppervlak van de zon - en toch is de binnenste kern is een stevige bal van ijzer. Waarom het niet vloeibaar is een beetje een mysterie, maar nu een studie van KTH Royal Institute of Technology stelt een nieuwe theorie, simuleren hoe massief ijzer kan atomair stabiel onder dergelijke extreme omstandigheden blijven.

Hier op het oppervlak van de aarde, ijzeratomen rangschikken zich in blokjes, in wat bekend staat als een kubische (BCC) fase. Aangezien deze toestand is een product van kamertemperatuur en normale druk, Wetenschappers hebben lang geloofd dat ijzer niet kon bestaan ​​in deze vorm in de roosteren temperaturen en intense druk in het midden van de planeet. Onder die omstandigheden, het kristal architectuur van ijzer werd verwacht op de vorm van een zeshoek te nemen, in een toestand genaamd hexagonale dichtgepakte (HCP) fase.

Met behulp van de Zweedse supercomputer Triolith, de nieuwe studie van KTH kraakte grotere hoeveelheden gegevens dan voorheen werd geanalyseerd. De gegevens gaven aan dat de kern waarschijnlijk bestond uit 96 procent zuiver ijzer, de resterende vier procent uit nikkel en een aantal lichtelementen. Maar het belangrijkste, de studie bleek dat BCC ijzer inderdaad bestaan ​​in de kern, met zijn kristalstructuur blijft stabiel door de kenmerken die eerder werden verondersteld te destabiliseren.

“Onder omstandigheden in de kern van de aarde, BCC ijzer vertoont een patroon van atomaire diffusie nooit waargenomen,” zegt Anatoly Belonoshko, een van de auteurs van de studie. “Het blijkt dat de experimentele gegevens ter bevestiging van de stabiliteit van BCC ijzer in de kern waren voor ons - we gewoon niet weten wat dat werkelijk bedoelde.”

De kristalstructuren kan worden gezien als zijnde verdeeld in “vliegtuigen” atomen - die, tweedimensionale atoomlagen. Zo, ijzeratomen in een kubische fase in twee vlakken van vier atomen, die deel uitmaken van de acht hoeken van een kubus. Deze structuren zijn normaal gesproken redelijk stabiel, met vliegtuigen glijden vorm, maar bij extreme temperaturen, de lagen die glijden terugplaatst in de mix, voorkomende betrouwbaar genoeg dat het stabiliseert de structuur.

Deze diffusie gewoonlijk vernietigt de kristalstructuur van het vloeibaar te, maar in dit geval, het ijzer erin slaagt om haar BCC structuur behouden. De onderzoekers vergelijken de vliegtuigen om kaarten in een dek.

“Het schuiven van deze vlakken een beetje schudden een spel kaarten,” zegt Belonoshko. “Hoewel de kaarten worden in verschillende posities, het dek is nog een dek. hetzelfde, BCC strijkijzer behoudt zijn cubic structure. De BCC fase gaat door het motto: 'Wat me niet doodt, maakt me sterker.’ De instabiliteit doodt de BCC fase bij lage temperatuur, maar maakt het BCC fasestabiel bij hoge temperatuur.”

Deze bevinding helpt ook verklaren andere inner-Aarde mysterie: waarom seismische golven reizen sneller pole-to-pole dan oost-west, door de kern? Dit fenomeen is verklaard door de kernwezen anisotrope, wat betekent dat er een gerichte structuur als de nerf van hout. Als dat structuur loopt van noord naar zuid, dat verschil zou worden verwacht, en de stabiele BCC fase ijzer kon deze textuur te creëren.

“De unieke kenmerken van de Fe BCC fase, zoals hoge temperatuur zelfdiffusie zelfs in zuivere massief ijzer, kan verantwoordelijk zijn voor de vorming van grootschalige anisotrope structuren die nodig zijn om de aarde binnenste kern anisotropie uit te leggen,” zegt Belonoshko. “De diffusie maakt een eenvoudige textuur van ijzer in reactie op een stress.”

Bron: newatlas.com, door Michael Irving