Es uno de los trucos confusos de la naturaleza que el interior profundo de la Tierra es tan caliente como la superficie del sol.Las bolas de hierro también están bajo una presión extrema. Eso es aproximadamente 360 millones de veces más presión que la que experimentamos en la superficie de la Tierra.Pero, ¿pueden los científicos estudiar qué sucede cuando el hierro en el centro de la Tierra es apenas observable?
con un par de láseres.
La Tierra no es el único cuerpo con un núcleo de hierro.También se encuentra en Mercurio, Venus y Marte.De hecho, lo más probable es que cada mundo fundido tenga un núcleo de hierro, ya que la densidad del hierro hace que caiga en el centro de gravedad del mundo.Los astrónomos creen que algunos asteroides de hierro son en realidad núcleos de asteroides que han perdido el resto de su masa en el impacto.
¿Qué le sucede al hierro cuando chocan dos planetas?¿Qué le sucede al hierro en el núcleo de la Tierra?En ambos escenarios, la plancha está sujeta a calor y presión extremos.Mucho de lo que los científicos saben sobre el hierro en estas condiciones extremas proviene de experimentos de laboratorio que involucran temperaturas y presiones más bajas.Sin embargo, los investigadores del Stanford Linear Accelerator Center (SLAC) del DOE querían reproducir los extremos geocéntricos tanto como fuera posible para probar el comportamiento del hierro.
Investigadores dirigidos por Sébastien Merkel de la Université de Lille han publicado un artículo que informa sobre sus hallazgos.El título del trabajo es “Visualización en femtosegundos de la fuerza y plasticidad del hcp-Iron bajo compresión por impactoy fue publicado en la revista Physical Review Letters.
En condiciones normales en la superficie de la Tierra, el hierro está naturalmente dispuesto de cierta manera.Los átomos están dispuestos en cubos de tamaño nanométrico con un átomo de hierro en el centro y uno en cada esquina.Cuando la presión es lo suficientemente alta, la faringe se reorganiza en un prisma hexagonal.Esta configuración permite comprimir más hierro en el mismo espacio.
Este nivel ya se conoce.
Pero, ¿y si la presión aumenta mucho más hasta el mismo nivel que el núcleo exterior de la Tierra?Para resolver esto, un equipo de investigadores utilizó dos láseres.
Los primeros láseres fueron láseres ópticos utilizados para inducir ondas de choque, exponiendo el hierro de laboratorio a temperaturas y presiones extremas.El segundo láser es el SLACFuente de luz coherente Linak(LCLS) Láser de electrones libres de rayos X.LCLS permitió al equipo observar el hierro a nivel atómico expuesto a condiciones extremas.
“No obtuvimos las condiciones del núcleo interno correctas”, dijo la coautora Arianna Gleason, científica de la división de Ciencias de Alta Densidad de Energía (HEDS) de SLAC.”Pero hemos logrado algunas condiciones de exonúcleo planetario realmente asombrosas”.
Otros materiales como el cuarzo, el titanio, el zircón y la calcita han sido probados de manera similar.Pero nadie había observado hierro a temperaturas y presiones tan extremas.
“Mientras seguimos empujando, los hierros no saben qué hacer con este estrés adicional”, dice Gleason.Y tenemos que liberar ese estrés, así que tratamos de encontrar el mecanismo más efectivo”.
En respuesta a todo ese estrés, el hierrohermandad.”
“Pudimos medir en una milmillonésima de segundo.Congelar átomos en nanosegundos es realmente emocionante”.
Arianna Gleason, coautora de SLAC.
Un gemelo es cuando los átomos se reorganizan para compartir simétricamente los puntos de la red cristalina.Diferentes materiales representan diferentes tipos de interpolación, todos sujetos a leyes bien conocidas.En el caso del hierro, el prisma hexagonal gira casi 90 grados lateralmente.El punto de unión se denomina cara doble o cara de construcción.
Esta combinación de hierro los hace increíblemente fuertes.Al principio.Pero a medida que pasa el tiempo, ese poder desaparece.
“Los gemelos hacen que el hierro sea increíblemente fuerte, más fuerte de lo que pensábamos inicialmente, antes de que el hierro comience a fluir plásticamente en escalas de tiempo mucho más largas”, dijo Gleason.
El descubrimiento giró en torno a una muestra de hierro del tamaño de un solo cabello.El hierro fue bombardeado con calor y presión extremos por un láser óptico.enpresione soltar, el autor principal, Sébastien Merkel, describió cómo se sintió durante el experimento.“La sala de control está justo encima del laboratorio”, dijo.“Cuando lo descargas, hace un ruido fuerte”.
LCLS luego observó la reacción del hierro en nanosegundos para ver cómo los átomos se reorganizan.Antes del experimento, el equipo no sabía qué tan rápido reaccionaba el hierro y si se podían medir los cambios.”Pudimos medir en una milmillonésima de segundo”, dijo el coautor Gleason.”Congelar átomos en nanosegundos es realmente emocionante”.
Los hallazgos del equipo fueron destacados por los editores de Physical Review Letters.El editor correspondiente Merric Stephens dijo en un comentario: “La onda de choque inicial cambió la estructura del hierro de un cubo centrado en el cuerpo a una estructura densa hexagonal, como esperaba el equipo.La estructura hexagonal se deformó elásticamente durante unos nanosegundos antes de ceder, luego se reorganizó en pares de cristales gemelos para adaptarse a la deformación. Es un proceso que continúa incluso después de que el estrés haya caído por debajo del límite elástico”.
Ser capaz de medir los cambios que ocurren tan rápidamente es un éxito en sí mismo, según los investigadores.”El mismo hecho de que los gemelos ocurran en una escala de tiempo puede medirse como un resultado importante”, dijo Merkel.
Antes de este experimento, gran parte de nuestra comprensión del hierro provenía de observar el elemento en condiciones menos extremas y luego modelarlo en los extremos más altos.Sin embargo, estos resultados son un importante paso adelante.
“Ahora podemos aprobar y odiar algunos modelos físicos de mecanismos de deformación realmente básicos”, dice Gleason.“Esto ayuda a desarrollar capacidades predictivas que faltan en el modelado de cómo reaccionarán los materiales en condiciones extremas”.
Gleason dice que el LCLS recientemente actualizado ha llevado a cabo este experimento y conducirá a más.“El futuro es brillante porque hemos desarrollado una forma de realizar estas mediciones”, dice Gleason.“Como parte del proyecto LCLS-II, las actualizaciones recientes del ondulador de rayos X permiten energías de rayos X más altas, lo que permite el estudio de aleaciones y materiales más gruesos con menor simetría y huellas dactilares de rayos X más complejas”.
Este experimento produjo resultados que nadie había observado previamente.Sin embargo, a pesar de su éxito, el equipo no pudo replicar las condiciones extremas del núcleo interno de la Tierra.Solo podían replicar el núcleo externo.Pero eso cambiará en el futuro.
“… Obtendremos láseres ópticos más potentes con la aprobación para seguir adelante con nuestra nueva instalación emblemática de láser de petavatio conocida como MEC-U”, dice Gleason.”Hará que el trabajo futuro sea mucho más interesante porque podemos alcanzar las condiciones del núcleo interno de la Tierra sin problemas”.
Los nuevos láseres están alojados en una instalación subterránea conectada al LCLS existente de SLAC.Un láser de petavatio producirá un millón de vatios, lo que permitirá estudiar los materiales en los entornos más extremos imaginables.El tema de la mejora en condiciones extremas (MEC-U) es “… “Promete mejorar drásticamente nuestra comprensión de las condiciones necesarias para generar energía de fusión y replicar una amplia gama de fenómenos astrofísicos en la Tierra”, dijo el Departamento de Energía.
Hay muchas ideas y teorías sobre el estado del hierro en las condiciones extremas del núcleo de la Tierra.Los científicos han especulado que los gemelos, como cualquier otro material, ocurrirían, pero no estaban seguros.Ahora tenemos datos experimentales para apoyar algunas de esas ideas y refutar otras conclusiones.
más:
- presione soltar:Los investigadores recrean las condiciones de la Tierra profunda para ver cómo el hierro hace frente al estrés extremo.
- Trabajos de investigación:Visualización en femtosegundos de la fuerza y plasticidad del hcp-Iron bajo compresión por impacto
- El universo de hoy:está nevando hierro cerca del núcleo de la tierra