Tisíce kilometrů pod povrchem Země, pod extrémními tlaky a teplotami, lze nalézt jádro planety. Vnitřní jádro se skládá z pevné nikl-železné koule, která se nadbytečně otáčí uvnitř vnějšího jádra, kde jsou železo a nikl tekuté.
Podmínky tohoto vnějšího jádra byly nyní znovu vytvořeny v laboratoři týmem vedeným fyzikem Sebastianem Merkelem z univerzity v Lille ve Francii – takovým způsobem, že vědci byli schopni pozorovat strukturální deformaci železa.
To má nejen důsledky pro pochopení naší planety, ale mohlo by nám to pomoci lépe porozumět tomu, co se stane, když se ve vesmíru srazí kousky železa.
„Nevytvořili jsme podstatné podmínky zcela interně,“ Fyzik Arianna Gleeson řekl: Z národní laboratoře akcelerátoru SLAC Ministerstva energetiky USA. „Ale dosáhli jsme podmínek vnějšího jádra planety, což je opravdu skvělé.“
Za normálních pozemských podmínek je krystalová struktura železa A krychlová mřížka. Atomy jsou uspořádány do mřížky s atomy v rohu každé krychle a jedním ve středu. Když je železo stlačeno extrémně vysokými tlaky, tato mřížka změní tvar a deformuje se na a šestihranná struktura. To umožňuje sbalit více atomů do stejného objemu prostoru.
Ale je těžké říct, co se děje i při vyšších tlacích a teplotách – jako jsou ty v zemském jádru. V posledních letech však laserová technologie pokročila do té míry, že v laboratorním prostředí mohou být malé vzorky vystaveny extrémním podmínkám, jako jsou tlaky a teploty u bílých trpaslíků.
Tým ve SLAC nasadil dva lasery. První je optický laser, který vystřelí mikroskopický vzorek železa a vystaví ho nárazu, který vytváří extrémní tlak a teplo.
Tlaky vnějšího jádra Země se pohybují od 135 do 330 gigapascalů (1,3 až 3,3 milionů atmosfér) a teploty mezi 4 000 a 5 000 K (3 727 až 4 727 °C, neboli 6 740 až 8 540 °F). Tlak a teploty až 407 K .
Další částí, a pravděpodobně nejobtížnější, bylo měření atomové struktury železa během tohoto procesu. Za tímto účelem tým použil laser Linac Coherent Light Source (LCLS) bez rentgenového záření, který zkoumal vzorek při vystřelování laserového světla.
„Byli jsme schopni provést měření za miliardtinu sekundy,“ řekl Gleeson. „Zmrazování atomů tam, kde se nacházejí v těchto nanosekundách, je opravdu vzrušující.“
Výsledné snímky, seskupené do sekvence, odhalily, že železo reaguje na další stres způsobený těmito podmínkami dvojčatěním. K tomu dochází, když se krystalová mřížka stane tak kompaktní, že některé body mřížky jsou sdíleny více krystaly symetricky.
(S. Merkelová / Univerzita v Lille, Francie)
Pro železo v podmínkách vnějšího jádra Země to znamená, že atomové uspořádání je tlačeno tak, aby se šestiúhelníky otáčely asi o 90 stupňů. Tento mechanismus umožňuje kovu odolávat hrotům, uvedli vědci.
„Twinning umožňuje železu, aby bylo neuvěřitelně pevné – silnější, než jsme si původně mysleli – předtím, než začne plasticky proudit v mnohem delších časových měřítcích,“ řekl Gleeson.
Nyní, když víme, jak se železo za těchto podmínek chová, lze tyto informace začlenit do modelů a simulací. To má důležité důsledky například pro způsob, jakým chápeme vesmírnou kolizi. Zemské jádro leží uklizeně daleko v rámci planety, ale existují asteroidy tak kovové, že si myslíme, že jsou obnažená, holá jádra planet, která narušují jejich formování.
Tyto předměty se mohou srazit s jinými předměty, které v nich mohou deformovat železnou konstrukci. Nyní máme lepší představu o tom, jak se to stane. A samozřejmě nyní víme více o naší planetě.
„Budoucnost je nyní jasná, když jsme vyvinuli způsob, jak tato měření provést,“ řekl Gleeson.
„Nyní můžeme dát palec nahoru a palec nahoru za některé skutečně základní fyzikální modely deformačních mechanismů. To pomáhá vybudovat určitou prediktivní sílu, která nám chybí pro modelování reakce materiálů v extrémních podmínkách.“
Vyhledávání bylo zveřejněno v zprávy o fyzické kontrole.
Přátelský webový obhájce. Odborník na popkulturu. Bacon ninja. Tvrdý twitterový učenec.
