Ученые открыли новое состояние вещества в недрах Земли

Международный коллектив исследователей впервые получил экспериментальное подтверждение того, что внутреннее ядро нашей планеты пребывает в уникальном гибридном состоянии, занимающем промежуточное положение между классическими твёрдым и жидким агрегатными фазами.

Это открытие, совершённое геофизиками из Сычуаньского университета и Института геохимии Китайской академии наук (опубликованное в журнале National Science Review), позволяет объяснить целый ряд долгое время остававшихся загадкой сейсмических аномалий и диктует необходимость коррекции устоявшихся моделей глубинного строения Земли.

Согласно укоренившейся парадигме, внутреннее ядро представляло собой монолитный шар из железа, заключённый в оболочку жидкого внешнего ядра. Однако данные сейсмозондирования последовательно противоречили этой картине.

Во-первых, расчётная плотность внутреннего ядра была на 3–5% меньше, чем у чистого железа в предполагаемых там условиях, что свидетельствовало о присутствии лёгких элементов, таких как углерод.

Во-вторых, скорость распространения поперечных (S-волн) сейсмических волн в этой области стабильно фиксировалась на отметке 3,4–3,6 км/с, что существенно ниже теоретических прогнозов для цельного железного кристалла. Ещё одним интригующим фактом являлся аномально высокий коэффициент Пуассона, типичный скорее для эластомеров вроде резины, нежели для кристаллического металла.

В своём исследовании учёные продемонстрировали, что все эти наблюдаемые особенности согласуются с моделью, согласно которой железо‑углеродистый сплав в недрах Земли переходит в так называемое сверхионное состояние.

В экстремальных условиях гигантского давления и температуры, царящих в центре планеты, атомы железа организуются в жёсткую и стабильную кристаллическую решётку. В то же время, более лёгкие атомы углерода становятся высокоподвижными и, подобно жидкости, получают способность свободно диффундировать и «течь» внутри этой железной матрицы. Таким образом, вещество ядра обретает двойственную природу, сочетая прочность твёрдого каркаса с динамическими свойствами жидкоподобной компоненты, что и проявляется в специфических сейсмических откликах.

По оценке авторов работы, принятие гибридной, сверхионной модели внутреннего ядра принципиально меняет подход к интерпретации динамики и эволюции самых глубоких слоёв Земли, закладывая основу для создания более точных и адекватных теорий формирования и развития планетных недр.