في أعماق باطن الأرض ، تتصرف المعادن بشكل غير متوقع

اكتشف العلماء الذين يعملون مع أكسيد الحديد أن المعدن يوصل الكهرباء بسهولة أكبر تحت الضغوط الشديدة ودرجات الحرارة الموجودة في باطن الأرض. يمكن أن يغير هذا الاكتشاف فهمنا لسلوك المجال المغناطيسي للأرض ، والذي يحمي كوكبنا من الأشعة الكونية الضارة.


أكسيد الحديد (الصيغة الكيميائية: FeO) هو عنصر وفير في الوشاح السفلي للأرض. في الوشاح ، يتحد أكسيد الحديد مع المغنيسيوم لتكوين مركب يسمى ferropericlase.

أكسيد الحديد المسحوق. حقوق الصورة: ويكيميديا ​​كومنز.


بينما لا يستطيع العلماء السفر إلى مركز الأرض لدراسة أكسيد الحديد الموجود هناك ، يمكنهم إعادة إنشاء الضغوط الشديدة ودرجات الحرارة الموجودة في الوشاح في المختبر بفضل التقنيات الجديدة.

لدراسة سلوك أكسيد الحديد في باطن الأرض ، قام فريق من العلماء من اليابان والولايات المتحدة بتعريض عينة من المعدن لضغوط تصل إلى 1.4 مليون مرة من الضغط الجوي ودرجات حرارة تصل إلى 4000 درجة فهرنهايت (2478 درجة كلفن) - الشروط على قدم المساواة مع تلك الموجودة في حدود اللب والعباءة.

ستخضع معظم المعادن لتغييرات هيكلية وكيميائية وإلكترونية تحت ضغوط ودرجات حرارة قصوى. على عكس ما توقع العلماء ملاحظته ، لم يخضع أكسيد الحديد لتغيير في تركيبته الكيميائية في ظل الظروف التجريبية التي تم اختبارها ، لكن المعدن أظهر قدرة معززة على توصيل الكهرباء - وهي خاصية يشير إليها العلماء على أنها معدنية.

رونالد كوهين عالم كبير في مختبر الجيوفيزياء التابع لمعهد كارنيجي للعلوم ومؤلف مشارك لدراسة أكسيد الحديد في باطن الأرض. فيخبر صحفى، أوضح كوهين كذلك نتائج بحث الفريق:




في درجات الحرارة المرتفعة ، يتم ترتيب الذرات في بلورات أكسيد الحديد بنفس بنية ملح الطعام الشائع ، NaCl. تمامًا مثل ملح الطعام ، يعتبر الحديد O في الظروف المحيطة عازلًا جيدًا - فهو لا يوصل الكهرباء. أظهرت القياسات الأقدم تعدين الحديد O في ضغوط ودرجات حرارة عالية ، ولكن كان يُعتقد أن بنية بلورية جديدة قد تشكلت. تظهر نتائجنا الجديدة ، بدلاً من ذلك ، أن الحديد O يتعدن دون أي تغيير في الهيكل وأن درجة الحرارة والضغط المشتركين مطلوبان. علاوة على ذلك ، تُظهر نظريتنا أن الطريقة التي تتصرف بها الإلكترونات لجعلها معدنية تختلف عن المواد الأخرى التي تصبح معدنية.

يتوقع العلماء أن زيادة التوصيل الكهربائي لأكسيد الحديد عند حدود اللب والعباءة يمكن أن تؤثر على طريقة انتشار المجال المغناطيسي للأرض على سطح الكوكب. علق كوهين:

ستعزز المرحلة المعدنية التفاعل الكهرومغناطيسي بين اللب السائل والغطاء السفلي. هذا له آثار على المجال المغناطيسي للأرض ، والذي يتولد في اللب الخارجي. سيغير الطريقة التي ينتشر بها المجال المغناطيسي على سطح الأرض ، لأنه يوفر اقترانًا مغناطيسيًا ميكانيكيًا بين وشاح الأرض واللب.

باطن الأرض. حقوق الصورة: USGS.


ذكر راسل هيملي ، مدير المختبر الجيوفيزيائي في معهد كارنيجي للعلوم في البيان الصحفي:

حقيقة أن أحد المعادن له خصائص تختلف تمامًا - اعتمادًا على تكوينه ومكان وجوده داخل الأرض - هو اكتشاف كبير.

إلىمعاينةمن الدراسة الخاصة بسلوك أكسيد الحديد في باطن الأرض الذي صدر في 21 كانون الأول (ديسمبر) 2011 ، وستُنشر الدراسة بالكامل في عدد قادم منرسائل المراجعة البدنية.

ما الذي يجعل الأرض تطبخ؟


يدور لب الأرض الداخلي أسرع من بقية الكوكب