Центр нашей планеты и по сей день является загадкой, так как ученым до сих пор не удалось туда пробраться. Тем не менее, благодаря одному инновационному эксперименту теоретическое понимание внутреннего устройства Земли стала куда более глубоким и полным. До недавнего времени ученые изучали внутреннюю часть планеты преимущественно при помощи измерений сейсмической активности, проще говоря замеряя проходящие через землю вибрации и используя эти данные для понимания того, что же там происходит. Именно таким образом нам стало известно о том, что у Земли есть глубинное сверхплотное твердое ядро, вокруг которого находится жидкое и менее плотное внешнее ядро. Новое исследование своим принципиально иным подходом позволило рассказать ещё более интересные подробности. Исследователи обратились к использованию так называемой ячейки с алмазными наковальнями.
Конструкция такой ячейки предполагает наличие двух алмазов конической формы передающих сжимающие усилия на рабочие площадки диаметром менее миллиметра. Благодаря исключительной твердости алмаза, таким образом могут быть достигнуты давление до нескольких миллионов атмосфер. Помещая образец какого-либо материала между этих алмазных наковален можно в деталях изучить поведение данного материала при экстремальных уровнях давления. Исследователи решили провести этот эксперимент на жидком железе. Железо, это не только 6 по распространенности элемент во вселенной и самый распространенный тугоплавкий элемент. Считается, что по большей части именно из него состоит ядро нашей планеты. Так же как и ядра Меркурия и Марса. По этой причине понимания то как ведет себя железо в таких экстремальных условиях является ключевым в понимание внутреннего устройства нашей планеты, так же как и для понимания процесса формирования и эволюции Земли. Проблема в том, что не так-то просто воссоздать подобные экстремальные условия на длительные периоды времени. До недавних пор поместить жидкое железо под такое сверхвысокое давление в лабораторных условиях, можно было только лишь на несколько микросекунд, а этого было явно недостаточно для того, чтобы получить четкое и полное представление о поведении материала. Все изменило изобретение ячейки с алмазными наковальнями. С ее помощью стало возможным создать сверхвысокое давление на железо, при этом достаточно долгое чтобы можно было сделать необходимые выводы. Конкретно в рамках этого исследования ученые сжали крошечную каплю жидкого железа под давлением в 116 ГПа (гигапаскалей), к слову это более чем в миллион раз больше, чем давление на поверхности Земли. При этом капля жидкого железа нагрелась аж до 4075 градусов Цельсия. Дело в том, что внутри Ядра Земли как раз приблизительно такие температуры и давления, и в лабораторных условиях подобные значения удалось воссоздать только благодаря алмазным наковальням.
Эксперимент проходил достаточно долго для того, чтобы ученым удалось воспользоваться источником высокофокусного рентгеновского излучения. Грубо говоря получив фотографию того, что же происходило в данный момент внутри капельки жидкого железа. Ученые считают, что во внешнем ядре Земли жидкое железо находится примерно в схожем состояние и данный эксперимент пока что единственный способ, хоть как-то это изучить. Результаты исследования привели к неожиданному выводу, измерение поведения чистого жидкого железа при таких экстремальных условиях в итоге не сошлись данными ранее полученными при помощи сейсмических измерений. Экспериментальная капля железа оказалась на 8 % более плотной, чем должна была быть по имеющимся сейсмическим измерением. Выходит что в ядре Земли присутствуют более легкие элементы, которые пока что не определены.
Каким бы простым и очевидным не казался этот эксперимент, важно понимать, что на доведение всего до ума у исследователей ушло более двух десятилетий усердного научного труда, но исследование на этом не останавливаются. Ученые продолжают работу, адаптируя эту исследовательскую технологию для изучения других материалов и все ради того, чтобы получить как можно более полное и подробное представление о том, что происходит в недрах нашей планеты. Кто знает, может быть в итоге им удастся определить и эти загадочные более легкие материалы, которые вероятно присутствуют во внешнем ядре Земли.
