Usando un yunque hecho de diamante, los físicos han prensado con éxito el hierro en la forma que creemos que tiene en lo profundo del núcleo de la Tierra.
Se llama hexaferum, o hierro épsilon (ϵ-Fe), y es estable solo a presiones muy altas. Los científicos creen que la mayor parte del hierro en el núcleo de la Tierra toma esta forma, y una comprensión más detallada de sus propiedades podría ayudarnos a comprender por qué el núcleo de nuestro planeta tiene variaciones direccionales en su composición. Anisotropía.
Solo hay un problema con esta búsqueda para comprender el núcleo de la Tierra. Aquí en la superficie, en un agradable régimen de presión atmosférica relativamente baja, es difícil duplicar las condiciones en el núcleo. Pero se pueden crear condiciones de alta presión para pulsos breves utilizando yunques de diamante y calor.
«Aquí informamos la síntesis de monocristales de ϵ-Fe en celdas de yunque de diamante y la medición de las constantes elásticas monocristalinas de esta fase hasta 32 GPa a 300 Kelvin con dispersión inelástica de rayos X». Escribe un equipo dirigido por la física Agnes Devalle de la Universidad de París-Saclay, Francia.
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El desafío fue cambiar la fase de presión atmosférica del hierro. Ferrito, o hierro alfa. Por lo general, cuando se aplica alta presión en un intento de triturar la ferrita en hexaferrio, se rompe en pequeños cristales inadecuados para un análisis detallado, frustrando los intentos de estudiar sus propiedades elásticas.
Así que Devale y sus colegas abordaron el problema paso a paso. Colocaron cristales de ferrita en un yunque de diamante en un calentador de vacío, aumentando la presión a 7 gigapascales (que es 70.000 veces la presión atmosférica al nivel del mar) y la temperatura a 800 Kelvin (527 grados Celsius o 980 Fahrenheit).
Forma una fase intermedia de hierro que se produce a altas temperaturas en condiciones atmosféricas. austenita, o hierro gamma. La austenita tiene una estructura diferente a la de la ferrita, y los cristales de austenita que desarrolló el equipo pasaron más suavemente a la fase hexaferrum a presiones entre 15 y 33 gigapascales a 300 Kelvin.
Más tarde, utilizaron una línea de luz de sincrotrón en la Instalación Europea de Radiación de Sincrotrón para estudiar el hexaferrum y estudiar sus propiedades.
Gran parte de lo que sabemos sobre el núcleo de la Tierra se reconstruye en base a datos sísmicos. Las ondas de sonido creadas por las vibraciones planetarias se propagan de manera diferente a través de diferentes materiales; Sabemos que el núcleo de la Tierra está apilado como un rompemandíbulas.
Pero para una comprensión más detallada, necesitamos saber cuál es realmente el material en el núcleo y cómo responde a las ondas sonoras. El trabajo de Devalle y su equipo muestra que la elasticidad del hexaferrum depende de la dirección; Las ondas se propagan más rápido a lo largo de un eje particular.
Esta anisotropía persiste durante los cambios de presión, lo que también sugiere cómo se comporta el hexaferrum. Hasta 360 gigapascales El contexto del núcleo interno. Esto es consistente con las observaciones de cómo las ondas sísmicas viajan a través del planeta.
Los hallazgos sugieren que las técnicas del equipo podrían crear una mejor sonda para comprender las condiciones extremas en el centro de nuestro mundo.
Publicado en la tesis Cartas de revisión física.
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