В ядре Земли материя может находиться в загадочном состоянии — эксперимент
Физики экспериментально подтвердили возможность существования необычного состояния вещества, которое, как предполагается, присутствует во внутреннем ядре Земли. Речь идет о так называемой суперионной фазе — состоянии, при котором материал одновременно ведет себя как твердое тело и как жидкость. Результаты работы опубликованы в журнале National Science Review.
С 1930-х годов внутренняя структура Земли описывалась моделью жидкого внешнего ядра и твердого внутреннего, сжатого колоссальным давлением. Однако данные сейсмологии давно указывали на аномалии: скорость поперечных (сдвиговых) волн во внутреннем ядре слишком низка для обычного твердого тела. Это наводило на мысль, что вещество там обладает необычными механическими свойствами.
Еще в 2022 году группа под руководством геофизика Ю Хэ из Китайской академии наук теоретически предположила, что проблему может объяснить суперионность. В таком состоянии тяжелые атомы железа формируют жесткую кристаллическую решетку, а более легкие атомы — например углерода — свободно перемещаются внутри нее, подобно жидкости.
Теперь эта гипотеза получила экспериментальное подтверждение, пишет ScienceAlert. Команда Юцзюня Чжана из Сычуаньского университета применила метод динамического ударного сжатия. Крошечные снаряды из железоуглеродистого сплава разгоняли двухступенчатой газовой пушкой до скорости свыше 7 км/с и направляли в мишень из фторида лития. Удар создавал давление до 140 гигапаскалей и температуру около 2600 К — ниже, чем во внутреннем ядре Земли, но достаточно для воспроизведения ключевых физических процессов.
Хотя такие условия сохранялись лишь наносекунды, этого хватило для измерения плотности, температуры и скорости распространения акустических волн. Эксперименты показали крайне низкую скорость сдвиговых волн и значения коэффициента Пуассона, совпадающие с данными сейсмологических наблюдений. При этом железная решетка оставалась твердой, тогда как атомы углерода демонстрировали высокую подвижность.
По словам авторов, открытие позволяет перейти от статичной модели внутреннего ядра к более динамичной и может пролить свет на процессы, связанные с формированием магнитного поля Земли. Понимание суперионного состояния вещества приближает ученых к разгадке физических свойств глубин планет земного типа.
