Тайна земного ядра раскрыта: подтверждено суперионное состояние материи

Учёные впервые экспериментально воспроизвели экстремальные условия внутреннего ядра Земли и зафиксировали уникальное суперионное состояние материи. В этом фазовом переходе атомы железа сохраняют кристаллическую структуру, а лёгкие элементы ведут себя как жидкость.

Учёные впервые экспериментально воспроизвели экстремальные условия внутреннего ядра Земли и зафиксировали уникальное суперионное состояние материи. В этом фазовом переходе атомы железа сохраняют кристаллическую структуру, а лёгкие элементы ведут себя как жидкость. Это открытие, опубликованное в National Science Review, объясняет аномалии сейсмических наблюдений, накопленные десятилетиями.

Для эксперимента использовалась двухступенчатая газовая пушка, разгоняющая снаряды из железоуглеродистого сплава до 7 км/с. Удар о мишень из фторида лития создавал давление до 140 гигапаскалей и температуру 2600 К — параметры, приближенные к земному ядру. Измерения проводились за микросекунды до разрушения образца лазерными датчиками.

Полученные данные показали аномально низкую скорость сдвиговых волн и необычный коэффициент Пуассона. Эти характеристики полностью совпали с сейсмическими данными, полученными от реального внутреннего ядра планеты. Ранее такие показатели не укладывались в классические модели твёрдого или жидкого состояния вещества.

Суть суперионной фазы в том, что под экстремальным давлением атомы железа формируют устойчивый каркас, напоминающий «замороженную» решётку. Одновременно атомы углерода приобретают подвижность жидкости, свободно перемещаясь между узлами кристаллической структуры. Такое сочетание придаёт материалу парадоксальные свойства — одновременно твёрдому и текучему.

Это открытие меняет фундаментальные представления о внутреннем ядре Земли. Вместо статичной «стальной глыбы» учёные теперь рассматривают динамическую систему с диффундирующими элементами. Такая модель объясняет, почему сейсмические волны замедляются в ядре, а само вещество демонстрирует мягкость, сравнимую с маслом.

Новые данные могут пролить свет на механизмы генерации магнитного поля планеты. Конвективные потоки в ядре, обусловленные подвижностью лёгких элементов, играют ключевую роль в создании геодинамо. Понимание суперионной фазы поможет уточнить модели эволюции магнитосферы Земли и других планет.

«Мы переходим от упрощённой статической модели к сложной динамической картине, — отмечают исследователи. — Изучение этого скрытого состояния материи открывает новые горизонты в понимании внутренних процессов не только Земли, но и экзопланет земного типа».