Il nucleo della Terra, la parte più profonda del nostro pianeta, è caratterizzato da pressioni e temperature estremamente elevate. È composto da un nucleo esterno liquido e da un nucleo interno solido. Il nucleo interno si forma e cresce a causa della solidificazione del ferro liquido al confine interno del nucleo. Il nucleo interno è meno denso del ferro puro e si ritiene che alcuni elementi leggeri siano presenti nel nucleo interno.
Un gruppo di ricerca congiunto guidato dal Prof. HE Yu dell'Istituto di Geochimica dell'Accademia Cinese delle Scienze (IGCAS) ha scoperto che il nucleo interno della Terra non è un solido normale ma è composto da un sottoreticolo di ferro solido e da elementi leggeri simili a liquidi, che è anche noto come stato superionico. Gli elementi leggeri simili a liquidi sono altamente diffusivi nei subreticoli di ferro in condizioni interne del nucleo.
Uno stato superionico, che è uno stato intermedio tra solido e liquido, esiste ampiamente all'interno dei pianeti. Utilizzando simulazioni computazionali ad alta pressione e ad alta temperatura basate sulla teoria della meccanica quantistica, i ricercatori dell'IGCAS e del Center for High Pressure Science & Technology Advanced Research (HPSTAR) hanno scoperto che alcune leghe Fe-H, Fe-C e Fe-O si sono trasformate in uno stato superionico in condizioni interne del nucleo.
Nelle leghe di ferro superioniche, gli elementi leggeri diventano disordinati e si diffondono come un liquido nel reticolo, mentre gli atomi di ferro rimangono ordinati e vibrano attorno alla loro griglia reticolare, formando la struttura in ferro solido. I coefficienti di diffusione di C, H e O nelle leghe di ferro superioniche sono gli stessi di quelli in Fe liquido.
"È abbastanza anormale. La solidificazione del ferro al confine interno del nucleo non cambia la mobilità di questi elementi leggeri e la convezione degli elementi leggeri è continua nel nucleo interno", ha detto il Prof. HE Yu, il primo e corrispondente autore dello studio.
Un mistero di lunga data sul nucleo interno è che è abbastanza morbido, con una velocità dell'onda di taglio piuttosto bassa. I ricercatori hanno calcolato le velocità sismiche in queste leghe di ferro superioniche e hanno trovato una significativa diminuzione della velocità dell'onda di taglio. "I nostri risultati si adattano bene alle osservazioni sismologiche. Sono gli elementi liquidi che rendono il nucleo interno ammorbidito ", ha detto il co-primo autore SUN Shichuan di IGCAS.
Elementi di luce altamente diffusivi possono influenzare le velocità sismiche, fornendo indizi critici per comprendere altri misteri nel nucleo interno. La struttura anisotropa, le attenuazioni delle onde sismiche e i cambiamenti strutturali del nucleo interno negli ultimi decenni possono essere razionalizzati nel modello superionico considerando la distribuzione e la convezione di questi elementi simili a liquidi nel nucleo interno.