Как заглянуть в центр Земли, не покидая лаборатории? Это впервые удалось французским ученым

Физики и геологи из Университета Париж-Сакле, института CEA DAM Иль-де-Франс с коллегами из Гренобля и Германии в результате экспериментального подхода смогли получить монокристаллическое ε-железо, которое, как предполагают, существует в ядре Земли. Авторы опубликовали в журнале Physical Review Letters свои результаты и технологию, которая помогла синтезировать эту форму вещества. Открытие наконец поможет получить ответы на многие вопросы ученых о работе магнитного поля планеты, ее внутреннем устроении.

До сих пор, изучая «внутреннюю жизнь» нашей планеты — процессы, происходящие в глубине под земной корой, — ученые вынуждены полагаться в основном на сейсмические исследования. И у науки остается много вопросов за неимением более точных данных.

Например, уже около полувека известно, что сейсмические волны быстрее распространяются по Земле от полюса к полюсу, если они идут через экватор, чем когда движутся вдоль экватора. Но почему так происходит, неясно. Есть предположение, что это может зависеть от структуры внутреннего железа ядра. Доказать это было бы можно, если бы мы имели образцы такого материала. Но предыдущие исследования не смогли добиться синтеза этой формы железа из-за разрушений, происходивших в процессе.

Французская команда, как пишут научные издания, совершила в этом плане прорыв. Они нашли способ — использовали для этого технологию, известную как «ячейка с алмазной наковальней» и лазерным нагревом. Данное устройство используется в геологических и материаловедческих экспериментах, чтобы сжимать небольшие частички материалов (меньше 1 миллиметра) до экстремальных давлений и подвергать высоким температурам.

Авторы взяли образец — небольшое количество порошка α-железа (феррита), поместили его в наковальню, сжав под давлением 7 гигапаскалей. И нагрели с помощью лазера до 800 кельвинов. Под таким воздействием образец сначала расплавился, его структура превратилась в кристаллы γ-железа (аустенита). А затем, по мере увеличения давления и температуры, затвердело в единый кристалл, став по структуре чистым монокристаллическим гексаферрумом — ε-железом. Такая же ε-структура, как считается, у сплава железа внутри ядра Земли.

Дальнейшие эксперименты с синтезированным веществом показали те же свойства, что у ядра Земли: его упругость тоже зависела от направления воздействия, а колебания быстрее распространялись по одной оси и медленнее по другой.

Команда заявила, что теперь этим же способом можно будет получать еще образцы, чтобы экспериментировать с ними. Исследуя их свойства, ученые смогут лучше понять, как ведет себя железо в экстремальных условиях земного ядра, и само устройство недр Земли. Также синтезированный монокристаллический металл может стать основой для новых материалов и технологий.