Yüksek basınçlı element çalışmaları, Dünya’nın çekirdeğinin %90’ını oluşturduğuna inanılan demir fazını yeniden yarattı. Bu malzemenin elastik özelliklerinin daha sonraki analizleri, bir depremden kaynaklanan sismik dalgaların kutuptan kutba neden ekvator boyunca olduğundan %4 daha hızlı gittiğini açıklamaya yardımcı olmaktadır.
Dünya’nın iç kısmının maddi özellikleri yaşam üzerinde büyük bir etkiye sahiptir. Mantodaki hareket tektonik plakaları değiştirir ve demir-nikel alaşımından oluşan sıvı dış çekirdek Dünya’nın manyetik alanından sorumludur. Aşırı basınç, bu erimiş karışımın iç çekirdekte ε-demir adı verilen katı bir kristal faza sıkıştırıldığı anlamına gelir ancak ne teori ne de deney çekirdeğin orta kısmında mevcut olan yoğun koşulları başarılı bir şekilde taklit etmediğinden, bu basınç altındaki malzemenin özellikleri veya daha geniş etkileri hakkında çok az şey bilinmektedir. Ancak uzmanlar ε-demirin bazı fiziksel özelliklerinin Dünya’nın olağandışı sismik davranışını açıklayabileceği teorisini ortaya atmışlardır. ABD’deki Michigan Üniversitesinde Mineral Fizikçisi olan Jie (Jackie) Li, “Dünya’nın iç çekirdeği anizotropik olarak davranır yani farklı yönlerde farklı özellikler sergiler” dedi. ‘Sonuç olarak, sismik dalgalar iç çekirdek boyunca kutupsal ve ekvatoral yönlerde farklı hızlarda ilerler.
Şimdi, Fransa’daki Paris-Saclay Üniversitesinden Agnès Dewaele liderliğindeki bir ekip, bu yüksek basınçlı demir polimorfunun tekil kristallerini deneysel olarak yeniden oluşturmanın bir yolunu buldu ve stres ve elastik özelliklerinin ilk x-ışını analizini gerçekleştirdi. Dewaele, “Tekil kristal ε-demiri (doğrudan) ortamdaki α-demirden oluşturmak zordur çünkü onu oluşturan dönüşüm kaçınılmaz olarak tek kristalleri yok eder” diye açıklıyor. ‘(Doğrudan) bir dönüşümü denemek yerine, sadece yüksek sıcaklıklarda kararlı olan üçüncü bir fazdan (γ-demir olarak bilinir) geçtik ve bu şekilde örnekleri tekil kristal formunda tutabildik’.
Ekip, bir elmas anvil hücresi kullanarak α-demir örneklerini 7GPa’da sıkıştırdı ve γ-demir kristallerine dönüşümü tetiklemek için sıcaklığı yaklaşık 800K değerine yükseltti. Basınç daha da arttıkça, γ-demir yavaşça anlaşılması zor ε yapısına dönüştü ve x-ışını analizine uygun kararlı tekil kristaller oluşturdu. Bu deneysel ölçümler, ε-demirin yöne bağlı elastikiyetinden şüphelenildiğini ve titreşimlerin kristal ekseni boyunca %4.4 daha hızlı ilerlediğini doğruladı.
Ekip bu gözlemleri teorik hesaplamalarla desteklemeye hevesliydi ancak mevcut modelleme teknikleri demir sistemleri için güvenilmez olarak biliniyor. ‘Demirde elektronlar birbirleri arasında oldukça nadir görülen güçlü etkileşimlere sahiptir. Bunu modellemek son derece zordur çünkü elektron (çiftleri) kadar çok etkileşim vardır, ayrıca (bu etkileşimler) zamana göre değişir,’ diye açıkladı Dewaele. “Bu etkileşimleri daha iyi tanımlayan bir hesaplama yöntemi (yoğunluk fonksiyonel teorisini dinamik ortalama alan teorisiyle birleştiren) kullandık” diye ekliyor. Bu birleşik yaklaşım, demir kristalleri içindeki basınç ve bağ kuvveti etkilerini uygun bir şekilde hesaba kattı ve deneysel sonucu etkili bir şekilde yeniden üretti. Dewaele’nin birleşik modeli deneysel sonuçları etkili bir şekilde yeniden üretti ve ekip bunun aşırı koşullar altında diğer metal sistemlerine nasıl uygulanabileceğini araştırmaya devam ediyor.
Li, çalışmanın deneysel yönlerinden özellikle etkilendi ve bu teknik gelişmelerin alanı nasıl etkileyeceğini görmekle ilgileniyor. “Yazarlar, ε-demirin esneklikleri hakkında yüksek kaliteli veriler elde etmek için gelişmiş deneysel ve teorik teknikleri birleştirdiler” dedi. ‘Araştırmacılar deneysel ölçümleri daha yüksek basınç ve sıcaklıklara genişletebilir ve demirdeki safsızlıkların elastik özellikler üzerindeki etkilerini inceleyebilirlerse harika olur.’[1]First high-pressure synthesis of iron polymorph found at centre of Earth[2]Öne çıkan görsel
[cite]
Kaynaklar ve İleri Okuma
| ↑1 | First high-pressure synthesis of iron polymorph found at centre of Earth |
|---|---|
| ↑2 | Öne çıkan görsel |
