Раньше считалось, что кислорода нет в составе железного внутреннего ядра Земли. Но ученые в новом эксперименте смоделировали экстремальные условия этой среды и получили богатый железом сплав Fe-O, который может существовать при температуре более 2700 градусов Цельсия и давлении в 300 гигапаскалей.
Кислород, жизненно необходимый для большинства живых существ, — один из самых распространенных химических элементов на Земле. Все еще остается загадкой, содержится ли он в внутреннем ядре нашей планеты, состоящем почти исключительно из железа. Если да, то в какой форме присутствует кислород при экстремально высоких температурах и давлении?
Ученые из Центра передовых исследований науки и технологий в области высоких давлений (Китай) и Колумбийского университета (Колумбия) обнаружили, что сплавы Fe-O, богатые железом, сохраняют стабильность при давлении около 300 гигапаскалей (примерно три миллиона атмосфер) и температуре свыше 2700 градусов Цельсия. опубликованные В журнале «Инновации» утверждают, что кислород может быть в твердом состоянии в ядре Земли.
Внутреннее ядро Земли — одно из самых таинственных мест на планете. Там давление может достигать 360 гигапаскалей, а температура — 5400 градусов Цельсия, почти как на поверхности Солнца. Из-за удалённости ядра от человека учёные могут судить о его плотности и составе только по сейсмическим сигналам.
Предполагают, что легкие элементы могут присутствовать в ядре, однако их вид и количество до сих пор вызывает споры. Космохимические и геохимические сведения указывают на наличие серы, кремния, углерода и водорода в ядре. Эксперименты и расчеты подтверждают смешивание этих элементов с чистым железом, создавая различные сплавы.
Наличие кислорода в ядре обычно исключают из-за отсутствия сплавов Fe-O, богатых железом, на поверхности и в мантийной среде.
Для имитации температуры и давления ядра Земли исследователи поместили железо и оксид железа на алмазные наковальни и нагрели их лазером. Результаты показали, что химическая реакция между ними происходит при давлении свыше 220-260 гигапаскалей и температуре 2700 градусов Цельсия.
Теоретическое исследование кристаллической структуры нового железно-кислородного сплава Fe-O показало его устойчивость в условиях земного ядра.
В этом сплаве кислород располагается между слоями железа, образуя гексагональную плотноупакованную структуру, что стабилизирует систему. Такая организация создает многочисленные плотноупакованные слои. Расчеты показали, что Fe-O — это металлический сплав, в отличие от обычных оксидов железа при низких давлениях.