Phát hiện kim loại mới ở sâu trong lòng đất

Áp suất và nhiệt độ cực cao trong nhân sâu của Trái đất làm nén các nguyên tử và electron chặt đến mức chúng tương tác rất khác. Theo độ sâu, các chất liệu thay đổi dần. Những thí nghiệm mới và tính toán trên máy tính phát hiện thấy sắt oxide chịu một loại chuyển pha mới trong điều kiện sâu dưới lòng đất. Sắt oxide, FerO, là một thành phần của khoáng chất dồi dào bậc hai tại lớp bao dưới của Trái đất, ferropericlase.

Phát hiện kim loại mới ở sâu trong lòng đất

Kết quả mới, sẽ công bố trong số ra sắp tới của tạp chí Physical Review Letters, có thể làm thay đổi kiến thức của chúng ta về cơ chế động lực học ở sâu trong lòng Trái đất và hành trạng của từ trường bảo vệ, cái che chắn hành tinh của chúng ta trước những tia vũ trụ chết chóc.

Ferropericlase chứa cả magnesium lẫn sắt oxide. Để mô phỏng các điều kiện cực độ đó trong phòng thí nghiệm, đội khoa học trong đó có đồng tác giả Ronald Cohen thuộc Viện Vật lí Địa cầu Carnegie, đã nghiên cứu sự dẫn điện của sắt oxide với áp suất và nhiệt độ lên tới 1,4 triệu lần áp suất khí quyển và 4000oF – tương đương với các điều kiện tại ranh giới nhân-lớp bao. Họ còn sử dụng một phương pháp điện toán mới chỉ sử dụng vật lí cơ sở để mô phỏng các tương tác nhiều vật phức tạp giữa các electron. Lí thuyết lẫn thí nghiệm đều dự đoán một loại kim loại hóa mới ở FeO.

Các hợp chất thường chịu sự biến đổi cấu trúc, hóa học, điện tử và những biến đổi khác dưới những điều kiện cực độ này. Trái với suy nghĩ trước đây, sắt oxide chuyển từ một trạng thái cách điện (không dẫn điện) thành một kim loại dẫn điện tốt ở 690.000 lần áp suất khí quyển và 3000oF, nhưng không có sự biến đổi cấu trúc của nó. Những nghiên cứu trước đây giả sử rằng sự kim loại hóa ở FeO đi cùng với một sự biến đổi cấu trúc tinh thể của nó. Kết quả này có nghĩa là sắt oxide có thể vừa là chất cách điện vừa là kim loại tùy thuộc vào điều kiện áp suất và nhiệt độ.

“Ở nhiệt độ cao, các nguyên tử trong những tinh thể sắt oxide sắp xếp với cấu trúc giống như muối ăn thường, NaCl,” Cohen giải thích. “Giống như muối ăn, FeO ở những điều kiện tùy ý là một chất cách điện tốt – nó không dẫn điện. Những phép đo trước đây đã cho thấy sự kim loại hóa ở FeO ở áp suất và nhiệt độ cao, nhưng người ta nghĩ là có một cấu trúc tinh thể mới hình thành. Thay vậy, kết quả mới của chúng tôi cho thấy FeO kim loại hóa mà không có sự biến đổi cấu trúc và sự kết hợp áp suất và nhiệt độ là cần thiết. Ngoài ra, lí thuyết của chúng tôi còn cho thấy rằng cách các electron hành xử mang đến cho nó tính kim loại khác với những chất liệu khác trở nên có kim loại tính.”

“Những kết quả trên ngụ ý rằng sắt oxide đang dẫn điện trong toàn ngưỡng ổn định của nó trong lớp bao dưới của Trái đất,” Cohen nói. “Pha kim loại sẽ tăng cường sự tương tác điện từ giữa nhân lỏng và lớp bao dưới. Như vậy sẽ ảnh hưởng đến từ trường của Trái đất, cái được sinh ra trong nhân ngoài. Nó sẽ làm thay đổi cách thức từ trường truyền đến mặt đất, vì nó mang lại sự kết hợp từ-cơ giữa lớp bao và nhân Trái đất.”

“Thực tế một chất có những tính chất khác biệt hoàn toàn như thế - phụ thuộc vào thành phần của nó và nó nằm ở đâu bên trong Trái đất – đúng là một khám phá,” giám đốc Phòng thí nghiệm Vật lí Địa cầu Carnegie, Russell Hemley kết luận.

Dịch bởi Xuân Nguyễn – thuvienvatly.com
Nguồn: Viện Carnegie

Vui lòng ghi rõ "Nguồn Thuvienvatly.com" khi đăng lại bài từ CTV của chúng tôi.

Nếu thấy thích, hãy Đăng kí để nhận bài viết mới qua email
Tin tức vật lý
Extension Thuvienvatly.com cho Chrome

Thêm ý kiến của bạn

Security code
Refresh

Các bài khác


Bảng tuần hoàn hóa học tốc hành (Phần 34)
26/05/2019
Các kim loại nặng có độc tính Kim loại nặng là bất kì kim loại hay á kim tỉ trọng cao nào có độc tính đối với cơ thể
Bảng tuần hoàn hóa học tốc hành (Phần 33)
26/05/2019
Họ Lanthanoid Được khám phá lần đầu tiên ở gần thị trấn Ytterby tại Thụy Điển vào năm 1787, họ lanthanoid (tức các
Tương lai của tâm trí - Michio Kaku (Phần 6)
26/05/2019
THỰC TẠI NÀY CÓ THẬT SỰ LÀ THẬT KHÔNG? IS “REALITY” REALLY REAL? Mọi người đều biết biểu hiện "thấy là tin tưởng –
Tương lai của tâm trí - Michio Kaku (Phần 5)
26/05/2019
BỐN LỰC CƠ BẢN Sự thành công của thế hệ đầu tiên của việc quét não này là không có kém hơn một bức tranh đầy ngoạn
Vật lí Lượng tử Tốc hành (Phần 52)
22/05/2019
Vụ Nổ Lớn Nguồn gốc của lí thuyết Vụ Nổ Lớn (Big Bang) nằm ở thực tế chính không gian đang dãn nở. Nếu Vũ trụ hiện
Vật lí Lượng tử Tốc hành (Phần 51)
22/05/2019
Lí thuyết nhiễu loạn Trong khi các nhà vật lí có thể tính ra nghiệm cho các toán tử Hamiltonian tương ứng với, nói ví dụ,
Tương lai nhân loại - Michio Kaku (Phần 4)
22/05/2019
SỰ TRỖI DẬY CỦA TÊN LỬA V-2 Dưới sự lãnh đạo của von Braun, các công thức trên giấy và bản phác thảo của Tsiolkovsky
Tương lai nhân loại - Michio Kaku (Phần 3)
22/05/2019
PHẦN I: RỜI TRÁI ĐẤT – LEAVING THE EARTH Bất cứ ai ngồi trên đỉnh của hệ thống nạp đầyu nhiên liệu hydro-oxygen lớn nhất

Chúng tôi hiện có hơn 60 nghìn tài liệu để bạn tìm

360 độ

Vật lý 360 độ là trang tin nhanh, trao đổi chuyên đề vật lý và các khoa học khác cũng như các nội dung liên quan đến dạy và học.
Hi vọng các bạn giúp chúng tôi bằng cách đăng kí làm CTV.
Liên hệ: banquantri@thuvienvatly.com