Yerin daxili nüvəsində maddənin qeyri-adi halı gizlənə bilər

Ekstremal təzyiq və temperatur şəraitində aparılan təcrübələr dəmir hidridinin superionik hala keçə biləcəyini göstərib. Bu halda dəmir atomlarının yaratdığı bərk kristal quruluş sabit qalır, hidrogen atomları isə həmin quruluşun daxilində mayeyə bənzər şəkildə hərəkət edə bilir. Yerin səthindən minlərlə kilometr aşağıda yerləşən daxili nüvə son dərəcə yüksək təzyiq və temperaturun təsiri altındadır. Alimlər hesab edirlər ki, burada nüvəni təşkil edən bəzi maddələr gözlənilməz xüsusiyyətlər göstərə bilər. Yaponiyanın Science Tokyo institutunun alimlərinin apardığı yeni təcrübələr dəmir hidridinin belə şəraitdə superionik hala keçə biləcəyinə dair eksperimental sübutlar ortaya qoyub. Bu nəticələr Yerin ən dərin qatının tərkibini və davranışını daha yaxşı anlamağa imkan verə bilər.

Yerin daxili nüvəsi əsasən dəmirdən və az miqdarda daha yüngül elementlərdən ibarətdir. Buradakı nəhəng təzyiq və yüksək temperatur şəraitində hidrogen, oksigen və karbon kimi elementləri ehtiva edən ərintilərin superionik hala keçə biləcəyi proqnozlaşdırılır. Maddənin bu qeyri-adi halında dəmir atomları kristal qəfəsdə demək olar ki, sabit mövqelərini qoruyur, daha yüngül atomlar isə həmin strukturun daxilində mayeyə bənzər şəkildə hərəkət edir. Bu hərəkətlilik ərintinin kəsilməyə qarşı müqavimətini də azalda bilər. Alimlərin fikrincə, bu xüsusiyyət Yerin daxili nüvəsindən keçən seysmik kəsilmə dalğalarının qeyri-adi dərəcədə aşağı sürətini izah etməyə kömək edə bilər.

Lakin indiyədək bu ehtimal əsasən molekulyar dinamika simulyasiyalarına əsaslanırdı və birbaşa eksperimental sübutlar məhdud idi.

Yaponiyanın Science Tokyo institutunun tədqiqatçıları müəyyən ediblər ki, kubik üz mərkəzli kristal quruluşa malik dəmir hidrid (FeHₓ) Yerin daxili nüvəsinə xas yüksək təzyiq və temperatur şəraitində superionik hala keçə bilər.

Araşdırmanın nəticələri Nature Geoscience jurnalında dərc olunub. 

Tədqiqata Science Tokyo-nun Yer və Planet Elmləri Departamentinin doktorantları Yoşihiro Naqaya və Yusuke Okazaki rəhbərlik edib. Onlar professor Kenji Ohta ilə birlikdə çalışıblar. Professor Ohta bildirib ki, dəmir və yüngül elementlərdən ibarət ərintilərin superionik halı yalnız ultra yüksək təzyiq və temperatur şəraitində mövcud olduğundan, bu vəziyyət indiyədək eksperimental olaraq müşahidə edilməyib.

Onun sözlərinə görə, daxili nüvənin şəraitində FeHₓ hidrogenin miqdarından asılı olaraq ya heksaqonal sıx yığılmış, ya da üz mərkəzli kubik quruluş qəbul edə bilər. Tədqiqatçılar maddənin təzyiq və temperatur artdıqca necə dəyişdiyini izləmək üçün zamanla həll olunan sinxrotron rentgen difraksiyası metodundan istifadə ediblər.

Kiçik həcmli FeHₓ nümunələri almaz örs kamerasında 50-110 giqapaskal təzyiqə qədər sıxılıb, daha sonra lazerlə 2000 kelvindən yuxarı temperatura qədər qızdırılıb.

Kristal qəfəsdə baş verən dəyişikliklərin ölçülməsi hidrogen atomlarının dəmir strukturuna daxil olması zamanı maddənin həcminin necə dəyişdiyini müəyyənləşdirməyə imkan verib.

Təxminən 1590 kelvin temperaturda alimlər istilik genişlənməsi əmsalında λ hərfinə bənzər xarakterik anomaliya müşahidə ediblər. Belə xüsusiyyət faza keçidlərinin göstəricisi hesab olunur və daha əvvəl digər superionik maddələrdə də müşahidə edilib.

Tədqiqatçılar bu göstəricini müxtəlif təzyiq səviyyələrində izləyərək FeHₓ-in adi bərk halı ilə superionik halı arasındakı sərhədi müəyyənləşdiriblər. Həmin sərhəd Yerin daxili nüvəsində gözlənilən təzyiq səviyyələrinə qədər ekstrapolyasiya edildikdə, keçid temperaturunun daxili nüvənin təxmin edilən temperaturundan xeyli aşağı olduğu ortaya çıxıb. Bu isə FeHₓ-in Yerin daxili nüvəsində superionik halda mövcud ola biləcəyini göstərir.

Tədqiqatın ikinci mərhələsində alimlər hidrogenin həqiqətən hərəkət edib-etmədiyini yoxlayıblar. Yüksək təzyiq və temperatur şəraitində nümunələrə sabit elektrik gərginliyi tətbiq edilib və FeHₓ-də hidrogenin miqdarında qəfil dəyişiklik müşahidə olunub.

Maddə sürətlə soyudularaq otaq temperaturuna qaytarıldıqdan sonra hidrogenin müəyyən istiqamət üzrə yenidən paylandığı müəyyən edilib. Bu nəticə superionik hal zamanı hidrogenin yüksək hərəkətlilik qazandığını göstərib.

Superionik keçid zamanı hidrogenin hərəkətliliyi kəskin artsa da, Yerin daxili nüvəsində real şəraitdə onun hərəkəti son dərəcə məhdud olacaq. Alimlərin hesablamalarına görə, Yerin geomaqnit sahəsinin təsiri ilə hidrogen 10 min il ərzində cəmi təxminən 0,1 mikrometr məsafə qət edə bilər. Bu sürətlə hidrogenin daxili nüvənin təxminən 1200 kilometr radiusuna bərabər məsafəni keçməsi üçün Yerin yaşından 100 dəfədən çox uzun müddət lazım olardı. Bu nəticə göstərir ki, planetin formalaşması zamanı Yerin nüvəsinə daxil olan hidrogen geoloji zaman miqyasında nüvənin daxilində ilişib qala bilər.

Tədqiqatın nəticələri alimlərə Yerin nüvəsində baş verən prosesləri daha yaxşı anlamağa və nüvənin formalaşmasını, eləcə də zamanla keçirdiyi dəyişiklikləri izah edən modelləri təkmilləşdirməyə kömək edə bilər.

Professor Kenji Ohtanın sözlərinə görə, əldə olunan nəticələr Yerin daxili nüvəsində müşahidə olunan seysmik dalğa sürəti anomaliyalarının və planetin daxili quruluşunun təkamülünün izahına töhfə verə bilər.

mənbə: scitechdaily.com