شناسایی اتم‌های رقصنده آهن در مرکزی‌ترین بخش هسته زمین

به گزارش خبرنگار علم و فناوری آنا، پژوهشگران طی مطالعات جدید خود موفق به کشف این موضوع شدند که چرا هسته جامد آهنی زمین کمی نرم ‌تر از حد انتظار است. این تحقیقات نشان می دهد اتم های آهن در هسته زمین در حال حرکت و جنب و جوش هستند.

محققان طی این مطالعه دریافتند در هسته درونی زمین، حدود 5 هزارو 100 کیلومتر زیر پای ما، اتم های آهن به طور محکم در یک ساختار شش ضلعی بسته بندی شده اند که تحت فشار بسیار زیاد و دمای بالا قرار دارند. مشاهدات لرزه ‌ای اخیر نشان داده ‌اند که چگونه هسته درونی زمین برخی از ویژگی‌ های خاص را دارا بوده و بیشتر شبیه فلزات نرمی مانند سرب و نزدیک ‌تر به آهن مذاب است و در حقیقت هسته زمین توده جامدی که ممکن است در ذهنمان به تصویر کشیده باشیم نیست.

به گفته «یوجون ژانگ» (Youjun Zhang)، فیزیکدان دانشگاه سیچوان (Sichuan University) در چین که مجموعه ‌ای از شبیه ‌سازی ‌های کامپیوتری و آزمایش‌ های دقیق را برای شناسایی شرایط هسته مرکزی زمین انجام دادند، هسته زمین دارای اتم های آهن رقصنده است و موضوع فوق به این دلیل است که بر اساس این یافته ها،  اتم ‌های آهن در هسته داخلی در ساختار شبکه شش ضلعی پیشنهادی خود قرارمی ‌گیرند.

ژانگ و همکارانش اعلام کردند مطالعات آن ها نشان می دهد اتم‌ های آهن بدون ایجاد اختلال در ساختار فلزی خود به موقعیت‌ های مجاور مهاجرت می‌کنند که این رفتار باعث می‌شود هسته زمین انعطاف ‌پذیرتر شود.

ژانگ در این رابطه توضیح می ‌دهد: آهن جامد به طرز شگفت‌ آوری در اعماق زمین نرم می ‌شود، زیرا در شرایط خاص مرکز زمین، اتم ‌های آهن می ‌توانند بسیار بیشتر از آنچه تصور می‌ کردیم حرکت کنند.

به گزارش آنا، پیش از این، دانشمندان با استفاده از مدل‌های رایانه‌ ای که کمتر از صد اتم را در یک ساختار شش ضلعی تکرار می ‌کردند، هسته داخلی زمین را شبیه‌ سازی کرده بودند. برخی از محققان نیز قبلا  پیشنهاد کرده بودند که حفره های مذاب در هسته داخلی زمین ممکن است برخی از خواص مشاهده شده آن را توضیح دهند.

یافته های این تیم تحقیقاتی اما بر خلاف نظریات پیشین پیشنهاد می ‌کند که احتمالاً با محکم شدن هسته، این حفره‌ ها فشرده شده ‌اند.  ژانگ و همکارانش برای گسترش دیدگاه خود در مورد دینامیک شبکه از یک ابر رایانه و الگوریتم یادگیری ماشین برای شبیه سازی یک محیط اتمی بسیار بزرگتر با بیش از ۱۰ هزار اتم استفاده کردند که نسبت به مطالعات و شبیه سازی های پیشین به مراتب دقیق تر است.

نتایج به دست آمده نشان داد در فشارهای بین ۲۳۰ تا ۳۳۰ گیگا پاسکال و دماهایی درست زیر نقطه ذوب آهن، شبیه‌ سازی ‌های ساختار شبکه ‌ای بسته نشان می ‌دهند که اتم ‌های آهن در یک الگوی جمعی حرکت می ‌کنند که در آن یک اتم از موقعیت تعادل خود خارج می‌شود و به مناطق مجاور خود منتقل می شود. این انتشار سریع در طول پیکوثانیه، یعنی یک تریلیونم ثانیه اتفاق می افتد، بنابراین حرکت ساختار شبکه را مختل نمی کند. در عوض، اتم‌ها به گونه ‌ای تکان می‌خورند که هسته آهنی مانند یک خمیر نرم رفتار می‌کند.

البته باید اذعان کرد که این نتایج بر اساس محاسبات نظری ارائه شده و دانشمندان هنوز قادر به نمونه برداری از مرکز زمین نیستند.  

شرح کامل این مطالعه در آخرین شماره مجله تخصصی PNAS منتشر شده است.