Det første eksperiment af sin slags bruger diamantambolte til at simulere Jordens kerne

I et forsøg på at undersøge forhold fundet ved Jordens smeltede ydre kerne, forskere har med succes bestemt tætheden af ​​flydende jern og den hastighed, hvormed lyd forplanter sig gennem det ved ekstremt høje tryk. De opnåede dette ved hjælp af en højt specialiseret diamantambolt, der komprimerer prøver, og sofistikerede røntgenmålinger. Deres fund bekræfter, at den smeltede ydre kerne er mindre tæt end flydende jern, og også sætte værdier på uoverensstemmelsen.

Jules Vernes roman "Journey to the Center of the Earth" fra 1864 skildrer opdagelsesrejsende på en fantasifuld tur til Jordens kerne, hvor de finder en gigantisk hul hul, der er vært for et forhistorisk miljø befolket med dinosaurer. De kommer dertil takket være en tanklignende boremaskine, der navigerer gennem vulkaner. Det lyder sjovt, men det er overflødigt at sige, det er langt fra virkeligheden, hvor forskere udforsker den indre jord med en række teknikker og instrumenter fra den sammenlignende sikkerhed på jordens overflade.

Seismisk udstyr, der måler, hvordan jordskælv rejser gennem planeten, er afgørende for at kortlægge nogle af de større strukturelle arrangementer inden for Jorden, og takket være dette, det har længe været kendt, at i hjertet af Jorden ligger en fast kerne omgivet af en mindre tæt flydende ydre kerne. For første gang, eksperimenter og simuleringer har vist forskere detaljer om denne ydre kerne, der tidligere ikke kunne opnås. Og disse undersøgelser afslører nogle fascinerende detaljer.

"Det er ikke let at genskabe forhold fundet i midten af ​​Jorden heroppe på overfladen, "sagde projektassistent professor Yasuhiro Kuwayama fra Department of Earth and Planetary Science." Vi brugte en diamantambolt til at komprimere en prøve af flydende jern, der var udsat for intens varme. Men mere end bare at skabe betingelserne, vi havde brug for at vedligeholde dem længe nok til at tage vores målinger. Dette var den virkelige udfordring. "

Det er sværere at måle tætheden af ​​en flydende prøve end en fast prøve, da det tager apparatet længere tid at gøre det. Men med et unikt eksperimentelt set-up centreret om en diamantambolt, som blev udformet over to årtier, Kuwayama og hans team vedligeholdt deres prøve tilstrækkeligt til at indsamle de data, de havde brug for. De brugte en meget fokuseret røntgenkilde fra SPring-8-synkrotronen i Japan til at undersøge prøven og måle dens densitet.

"Vi fandt densiteten af ​​flydende jern, som du ville finde i den ydre kerne, til at være omkring 10 tons pr. Kubikmeter ved et tryk på 116 gigapascal, og temperaturen skal være 4, 350 Kelvin, "forklarede Kuwayama." Til reference, typisk stuetemperatur er omkring 273 Kelvin. Så denne prøve er over 16 gange varmere end dit værelse, og 10 gange tættere end vand. "

Sammenlignet med denne nye måling, densiteten af ​​Jordens ydre kerne synes at være omkring 8% mindre tæt end rent flydende jern. Forslaget her er, at der er yderligere lettere elementer i den smeltede ydre kerne, der i øjeblikket er uidentificerede. Denne forskning kan hjælpe andre i deres søgen efter at afsløre mere uopnåelige hemmeligheder dybt inde i Jorden.

"Det er vigtigt at undersøge disse ting for at forstå mere, ikke kun om Jordens kerne, men om sammensætningen, og dermed adfærd, også på andre planeter, "konkluderede Kuwayama." Det er vigtigt at bemærke, at det ikke kun var udførlige udstyr, der hjalp os med at finde disse nye oplysninger, men også omhyggelig matematisk modellering og analytiske metoder. Vi blev glædeligt overrasket over, hvor effektiv denne tilgang var, og håber det kan føre til en større forståelse af verden under vores fødder. "

Undersøgelsen er offentliggjort i Fysisk gennemgangsbreve .