Otkrivena nova vrsta metala u dubini Zemlje
Jaki tlakovi i visoke temperature u dubokoj Zemljinoj unutrašnjosti stišću atome i elektrone tako blizu jedne drugima da oni međusobno reagiraju vrlo različito i uz duboke promjene u svojoj strukturi. Novi eksperimenti i izračuni super računala otkrili su da željezo-oksid prolazi kroz novu vrstu tranzicije pod uvjetima u dubini Zemlje.
Željezo-oksid, FeO, komponenta je drugog više nego dostatnog minerala u nižoj Zemljinoj kori – ferropericlasa. Pronalazak, objavljen u nadolazećem izdanju časopisa Physical Review Letters, mogao bi promijeniti naše razumijevanje dinamike unutar dubine Zemlje i ponašanja zaštitnih magnetnih polja koja štite naš planet od štetnih svemirskih zraka.
Ferropericlas sadrži i magnezij i željezo-oksid, a kako bi imitirali ekstremne uvijete u laboratoriju, ekipa istraživača je uključila koautora Ronalda Cohena s Carnegie geofizičkog laboratorija. Zajedno su proučavali električnu provodljivost željezo-oksida pod pritiskom i temperaturama do atmosferskog tlaka od 1,4 milijuna i 4000 °F (2.204,44 °C, op. a.) – par uvjeta unutar Zemljine kore. Također, koristili su nove računalne metode koje se koriste samo u osnovama fizike kako bi se modelirale kompleksne više-tjelesne interakcije među elektronima. Teorija i eksperiment su oboje predvidjeli novu vrstu metalizacije željezo-oksida.
Sastojci pod ovim ekstremnim uvjetima tipično prolaze kroz strukturne, kemijske, elektroničke i druge promjene, ali usprkos prethodnim razmišljanjima, željezo-oksid prošao je kroz izolativno svojstvo (svojstvo ne-provođenja električne energije) kako bi postao visoko provodljiv materijal pri 690 tisuća jedinica atmosferskog tlaka i 3000 °F (1648,89 °C). No, to nije utjecalo na promjenu njegove strukture. Prethodne studije su pretpostavile da se metalizacija željezo-oksida vezuje s promjenama u njegovoj kristalnoj strukturi. Ovaj rezultat znači da željezo-oksid može biti oboje – i izolator i metal, ali ovisno o temperaturi i tlaku.
„Pri visokoj temperaturi, atomi kristala u željezo-oksidima posloženi su u skladu s onima u običnoj stolnoj soli (NaCl)“, kaže Cohen. „Kao i stolna sol, željezo-oksid u običnim prostornim uvjetima dobar je izolator – ne provodi električnu energiju. Starija mjerenja pokazala su metalizaciju u željezo-oksidu pri visokom tlaku i temperaturama, ali se mislilo da se formira nova kristalna struktura. Naši novi rezultati pokazuju da željezo-oksid metalizira bez ikakve promjene u strukturi i da je potrebna kombinacija temperature i tlaka. Nadalje, naša teorija pokazuje različit način na koji se ponašaju elektroni kako bi postali metal za razliku od drugih metala koji postaju metalizirani“.
„Rezultati impliciraju da je željezo-oksid provoditelj u cijelom rasponu svoje stabilnosti u zemljinoj nižoj kori.“, kazao je Cohen nastavivši: „Metalna faza će povećati elektromagnetsku interakciju između tekuće jezgre i niže kore. Ovo ima implikacije za Zemljino magnetsko polje, koje je generirano u vanjskoj jezgri. To će promijeniti način na koji se magnetsko polje širi Zemljinom površinom jer osigurava magnetno-mehaničko udruživanje između Zemljine kore i jezgre.“
„Činjenica da jedan mineral ima mogućnosti koje se razlikuju tako u potpunosti, ovisno o njegovom sastavu i smještaju unutar Zemlje – veliko je otkriće“, zaključio je Russel Hemley, direktor Geofizičkog laboratorija.
Izvor: Carnegie Institution