Sügaval Maa sisemuses valitsev purustav rõhk ja kõrged temperatuurid pigistavad aatomid ja elektronid nii tihedalt kokku, et nende vastasmõju muutub. Maa sügavuse kasvades materjalid muutuvad. Uute katsete ja superarvutitega tehtud arvutustega avastati, et raudoksiid läbib sügaval Maa all valitsevatel tingimustel uut tüüpi ülemineku. Raudoksiid (FeO) on Maa alusmantlis ühe kõige laialdasemalt levinum mineraali, ferropericlase’i koostisosa.
Teadusajakirjas Physical Review Letters peatselt ilmuvas väljaandes avaldatava uurimustöö tulemused võivad muuta meie arusaama Maa sügavuse dünaamikast ja magnetvälja käitumisest, mis kaitseb meie planeeti kahjulike kosmiliste kiirguste eest, kirjutab Pysorg.com.
Pilt: iStockphoto
Ferropericlase sisaldab nii magneesium- kui raudoksiidi. Imiteerimaks Maa sügavuses valitsevaid ekstreemseid tingimusi laboris, uuris teadustöö meeskond, sealhulgas uurimustöö kaasautor Ronald Cohen, raudoksiidi elektrijuhtivust atmosfäärilisest rõhust kuni 1,4 miljonit korda suurematel rõhkudel ja 2200oC-st kõrgematel temperatuuridel – see vastab tuuma-mantli piirialal valitsevate tingimustega. Teadlased rakendasid ka uut arvutusmeetodit, mis kasutab vaid fundamentaalfüüsikat, mudeldamaks keerukaid mitmekehalisi elektronidevahelisi vastasmõjusid. Nii teooria kui katsed viitavad FeO uut tüüpi metalliseerumisele.
Seesugustel ekstreemsetel tingimustel läbivad ainete koostisosad tavaliselt struktuurilisi, keemilisi, elektroonilisi ja teisi muutusi. Vastupidiselt senisele arvamusele muutus raudoksiid isoleerivast (elektrit mittejuhtivast) seisundist ülijuhtivaks metalliks 690 000 atmosfääri ja 1650 oC juures – seejuures struktuurilisi muutusi läbimata. Eelnevates uurimustöödes on järeldatud, et FeO metalliseerumine on seotud selle kristallstruktuuri muutusega. Käesoleva uurimuse tulemus näitab aga, et raudoksiid võib olla olenevalt temperatuurist ja rõhust nii isolaator kui metall.
„Kõrgetel temperatuuridel on raudoksiidi kristallides aatomid paigutunud sama ülesehitusega kui aatomid tavalise lauasoola (NaCl) kristallis,“ selgitas Cohen. „Nii nagu ka lauasool on FeO toatemperatuuril hea isolaator – see ei juhi elektrit. Varasemad mõõtmised näitasid raudoksiidi metalliseerumist kõrgetel temperatuuridel ja rõhkudel, kuid seni arvati, et see toimus uue kristallstruktuuri moodustumise tagajärjel. Meie uued uurimustöö tulemused näitavad aga FeO metalliseerumist ilma ühegi struktuurimuutuseta; selleks on vajalik kombineerida teatud temperatuur ja rõhk. Meie teooria näitab ka seda, et elektronide käitumine ühendi metalliliseks muutmiseks erineb teistest ainetest, mis muutuvad metalliliseks.“
Cohen jätkas: „Tulemused viitavad sellele, et raudoksiid juhib elektrit kogu oma stabiilsuse ulatuses Maa alusmantlis. Raudoksiidi metalliline faas parandab elektromagneetilist vastasmõju vedela koore ja alusmantli vahel. Sellel on järelmõjud välistuumas tekkivale Maa magnetväljale, muutes viisi, kuidas magnetväli levib Maa pinnale. Seda seetõttu, et FeO elektrijuhtivus tekitab magnetomehaanilise sidestuse Maa mantli ja tuuma vahel.“
Leave a Reply