Felfedezték, hogy a Föld szilárd magjában mozognak a vasatomok

A Föld mágneses mezejével kölcsönhatásba kerülő töltött ionok gyakran aurórát hoznak létre a Föld pólusai közelében. A képen a "déli fények" láthatók., a NASA műholdjának felvétele.

A Föld szilárd magját alkotó vasatomok csillagászatilag magas nyomáson szorosan - ez a bolygó legnagyobb nyomása - összezsúfolódnak. De a kutatók azt találták, hogy még itt is van mozgástér. Egy a Texasi egyetem kutatói és kínai kollégáik tanulmányukban a Föld belső magját tanulmányozták és eddig rejtélyes dolgokra derítettek fényt. - írja a Texasi Egyetem honlapján.

Egy a Texasi egyetem és kínai kollégáik által vezetett tanulmány azt találta, hogy a Föld belső magjában lévő bizonyos atomcsoportok képesek gyorsan mozogni, úgy hogy megváltoztatják helyüket a másodperc töredéke alatt, miközben megtartják a vas alapját képező fémes struktúrát. Ez az úgynevezett kollektív mozgás hasonló ahhoz, amikor az vacsoravendégek cserélik ülőhelyeiket egy asztalnál. A laboratóriumi kísérletek és a teoretikus modellek eredményei azt mutatják, hogy a belső magban lévő atomok sokkal többet mozognak, mint korábban gondolták.

Az eredmények a belső mag sok érdekes tulajdonságát segíthetnek megmagyarázni, amik régóta nyugtalanítják a tudósokat, és segíthet fényt deríteni arra, hogy a belső mag milyen szerepet játszik Föld geodinamójának hajtásában. A geodinamó egy rejtélyes folyamat, ami a bolygó mágneses mezejét generálja. A kutatók azt mondják, hogy most már ismerik az alapvető mechanizmust, ami segíteni fog megérteni Föld belső magjának dinamikus folyamatait és evolúcióját. A tanulmányt a Proceedings of the National Academy of Sciences magazinban publikálták.

Jung-Fu "Afu" Lin a kutatás társszerzője hexagonális struktúrába rendeződött vasatomokat tart, úgy vélik ez van a Föld belső magjában. Forrás: https://news.utexas.edu/wp-content/uploads/2023/10/IMG_6909.jpg

Lehetetlen mintát venni a Föld belső magjából a rendkívül magas hőmérséklet és nyomás miatt. Ezért a kutatók kis méretben előállították a laborban, úgy hogy egy kis vas lemezt meglőttek egy gyorsan mozgó lövedékkel. A hőmérsékletet, nyomás és sebesség adatait összegyűjtötték a kísérlet során, aztán betáplálták egy a belső magban lévő atomokat modellező gépi tanuló számítógépbe.

A kutatók úgy vélik, hogy a belső magban lévő vas atomok egy ismétlődő hexagonális konfigurációba rendeződnek. A legtöbb a belső magban lévő vas rács dinamikáját ábrázoló számítógép modell csak egy kis számú atomot mutat, általában kevesebb, mint százat. De egy mesterséges intelligencia algoritmussal a kutatók jelentősen fel tudták javítani az atomi környezetet: létrehoztak egy 30.000 atomból álló szupercellát, hogy megbízhatóbban előre jelezzék a vas tulajdonságait,

és megfigyelték, hogy az atomcsoportok mozognak és helyüket változtatják, miközben megtartják általános hexagonális struktúrájukat.

Az atomi mozgás megmagyarázza hogy a belső mag szeizmikus mérései miért mutatnak lágyabb és képlékenyebb, környezetet, mint ami ilyen nyomáson várható lenne.

A szeizmológusok azt találták, hogy a Föld középpontja, a belső mag meglehetősen lágy, olyan mint a vaj. A nagy felfedezés az, hogy a szilárd vas meglepően lággyá válik mélyen a Föld belsejében, mert az atomjai sokkal többet mozognak, mint valaha képzelték. Ez a fokozott mozgás a belső magot kevésbé merevvé, gyengébbé teszi a nyíró erők ellen.

A Föld mágneses mezejével kölcsönhatásba kerülő töltött ionok gyakran aurórát hoznak létre a Föld pólusai közelében. A képen a "déli fények" láthatók., a NASA műholdjának felvétele. Forrás: https://news.utexas.edu/wp-content/uploads/2023/10/pic-with-aurora.jpg

A kutatók szerint a geodinamó energia fele a belső magnak tulajdonítható, és a külső mag alkotja a többi részt. Az új felfedezés segíti a további kutatást: hogy az energia és a hő hogy jön létre a belső magban, hogy kapcsolódik ez a külső mag dinamikájához, és hogy működnek együtt, hogy a bolygó mágneses mezejét generálják, ami egy kulcsfontosságú összetevője egy élhető bolygónak.

Videó:

A kutatók által létrehozott tudományos modell egy klipje azt mutatja, hogy a vasatomok egy szelekciója várhatóan hogyan mozog a Föld belső magjában 10 pikomásodperc alatt. (Egy pikomásodperc: egy másodperc trilliomod része.) A vonalak az atom útját mutatják, ahogy az idő folyamán mozog.

(Forrás: University of Texas at Austin: https://www.utexas.edu/)