Оваа суперјонска состојба на материјата објаснува некои невообичаени однесувања на јадрото, како мерењата што укажуваат дека јадрото е меко како путер, а не круто како студен челик.
„За првпат експериментално покажавме дека легурата од железо и јаглерод, под услови какви што владеат во внатрешното јадро, покажува исклучително мала брзина на попречните бранови“, вели физичарот Јоџун Џанг од Универзитетот Сечуан во Кина.
„Во оваа состојба, атомите на јаглерод стануваат многу подвижни и дифузираат низ кристалната железна структура, како деца што се провлекуваат низ гужва, додека самото железо останува цврсто и уредено. Оваа таканаречена суперјонска фаза драматично ја намалува крутоста на легурата.“
Од 1930-тите години, доминантниот модел за внатрешноста на Земјата беше течен, стопен надворешен јадрен слој и внатрешно јадро, кое, и покрај екстремната температура, останува цврсто поради огромниот притисок. Сепак, сеизмичките податоци собрани со децении укажуваат дека оваа слика не е целосна.
Нашето знаење за внатрешната структура на Земјата се базира на сеизмолошки набљудувања — начинот на кој акустичните бранови се движат низ материјали со различни физички својства. Но малата брзина на овие попречни сеизмички бранови што минуваат низ јадрото сугерира дека, дури и ако тоа е цврсто, таа цврстина не е онаа на која ние сме навикнати.
Во 2022 година тим предводен од геофизичарот Ју Хе од Кинеската академија на науки теоретски покажа дека необичните мерења може да ги објасни суперјонската состојба. Според таа теорија, додека огромниот притисок го држи железото во цврста матрица, екстремната температура им овозможува на полесните атоми, како јаглеродот, да течат и да танцуваат како течност — суперјонска состојба што истовремено е и цврста и течна.
Експерименталните докази сега ја потврдија таа можност. Џанг, Хе и нивните соработници користеле техника наречена динамичка ударна компресија за да компресираат мало парче легура од железо и јаглерод до состојба што одговара на условите во внатрешното јадро на Земјата.
Во експериментот, тие испукале ситен проектил од железо и јаглерод со брзина поголема од 7 километри во секунда, па ударот создал повратен ударен бран што го компресирал примерокот до притисоци од околу 140 гигапаскали и температури блиску до 2.600 келвини (2.327 Целзиусови степени).
Иако овие услови не се жестоки како оние во внатрешното јадро, каде што притисокот достигнува 330 до 360 гигапаскали, а температурите 5.000 до 6.000 келвини, тие се доволно екстремни за да ги одразат клучните аспекти од јадрената средина.
Овие симулирани услови траат само неколку нанoсекунди до микросекунди, но тоа е доволно долго за да се измерат температурата, густината и преносот на акустичните бранови со помош на ласери и брзи сензори.
И навистина, резултатите се совпаднале со забележаната ниска брзина на попречните сеизмички бранови и со мерењата на „мекоста“ – односно ширењето и собирањето – познати како Поасонов однос, регистрирани во сеизмичките податоци за внатрешното јадро на Земјата.
Во вакви услови, покажаа истражувачите, железната матрица останува цврсто фиксирана на своето место, како Бетмен, додека јаглеродот тече низ празнините меѓу неа, возбудено разигран како Робин.
Ова е толку е елегантно, вели Саенс алерт. Објаснува зошто сеизмичките податоци изгледаат така како што изгледаат и (со експериментални податоци — најблиското нешто до директно проучување на внатрешното јадро) ги решаваат долгогодишните научни дебати за однесувањето на лесните елементи под екстремни притисоци.
Ова би можело дури и да донесе нови сознанија за магнетното поле на Земјата – огромна структура што се протега сѐ до вселената, создадена од „танцот“ на спроводливоста и струењето длабоко во внатрешноста на планетата.
„Се оддалечуваме од еден статичен и крут модел на внатрешното јадро и се приближуваме кон еден динамичен модел“, вели Џанг. „Разбирањето на оваа скриена состојба на материјата нè приближува чекор поблиску до откривање на тајните на внатрешноста на планети слични на Земјата.“
Истражувањето е објавено во списанието Нешнел саенс ривју.
