اندازه گیری چگالی آهن مایع در شرایطی مشابه هسته بیرونی زمین

پژوهشگران "دانشگاه توکیو" در مطالعه اخیرشان موفق به اندازه‌گیری چگالی آهن مایع تحت شرایطی مشابه هسته بیرونی زمین شدند.

به گزارش ایسنا و به نقل از تک اکسپلوریست، پس از گوشته، هسته زمین وجود دارد. هسته بیشتر از فلزات آهن و نیکل ساخته شده و از دو بخش تشکیل شده است: یک هسته بیرونی (مایع) و یک هسته بیرونی (جامد). هسته درونی و بیرونی 3 هزار و 486 کیلومتر ضخامت دارند. هسته بیرونی زمین، لایه‌ای از ساختار زمین است که هسته درونی را فرا گرفته و برخلاف آن مایع است و در زیر گوشته قرار گرفته است.

ماده اصلی هسته بیرونی آهن است و چگالی آن به میزان قابل توجهی پایین‌تر از آهن خالص است. پیشتر تصور می‌شد هسته بیرونی شامل تعداد زیادی عناصر سبک مانند هیدروژن و اکسیژن است. محققان طی این مطالعه علاوه بر تشخیص نوع و میزان این عناصر سبک، درک درستی از منشا زمین و موادی که زمین و محیط هسته را جدا شدن از گوشته تشکیل می‌دهند، به دست آوردند.

در هر صورت آنها در ابتدا به تخمین دقیق چگالی آهن مایع خالص در فشار شدید و درجه حرارت بالا نیاز داشتند تا بتوانند چگالی آهن مایع در هسته بیرونی و درونی را با هم مقایسه کنند.

با افزایش فشار، نقطه ذوب آهن نیز افزایش می‌یابد و این مسئله بررسی چگالی آهن مایع تحت فشار فوق العاده بالا را دشوار می‌کند. اندازه‌گیری‌های چگالی آهن مایع در فشار بالا قبلا نشان داده بود که چگالی آهن مایع در فشار بالا در هسته حدود 10 درصد بیشتر از چگالی آهن مایع در حالت معمول است.

طی این مطالعه محققان دانشگاه توکیو با همکاری محققان کشورهای ژاپن و فرانسه از ابزار تابش سنکروترون بزرگ اسپرینگ -8 (large synchrotron radiation facility SPring-8) در ژاپن استفاده کردند.

دانشمندان با استفاده از این تجهیزات، چگالی آهن مایع را تحت شرایطی مشابه هسته بیرونی زمین (با اتمسفر یک میلیون و حرارت چهار هزار درجه سانتیگراد) اندازه‌گیری کردند. اندازه‌گیری چگالی دقیق آهن مایع در چنین شرایطی برای درک ترکیبات شیمیایی بسیار مهم است.

این مطالعه براساس داده‌های اندازه گیری شده در مطالعات پیشین که توسط ابزار اشعه ایکس با شدت زیاد در تأسیسات اسپرینگ -8 برای اندازه‌گیری پراش اشعه ایکس آهن مایع تحت فشارهای بسیار بالا و دمای بالا انجام شده بود، صورت گرفت. دانشمندان همچنین مشخصات سرعت صوت مایعات را در شرایط شدید بیش از 450 هزار اتمسفر را اندازه گیری کردند. داده‌ها در دما و فشارهای مختلف جمع آوری و سپس با داده‌های موج - شوک قبلی ترکیب شد تا چگالی شرایط را در کل هسته زمین محاسبه کند. در حال حاضر، یک رویکرد ایده آل برای ارزیابی تراکم هسته بیرونی زمین مشاهدات لرزه‌ای است. یافته‌های این مطالعه نشان داد که آهن خالص تقریبا هشت درصد از هسته بیرونی زمین متراکم‌تر است.