Эксперименты с оксидом железа FeO, проведённые геофизиками из США и Японии, указали на возможное объяснение «аномалий» вращения Земли — незначительных вариаций длительности дня и изменений положения оси планеты.

Вероятнее всего, эти флуктуации связаны с тем, что скорости движения твёрдого внутреннего ядра, жидкого внешнего ядра и мантии несколько различаются. Точные параметры вращения в такой модели определяются трением и электромагнитным взаимодействием металлических ядер; действительно хорошее соответствие наблюдениям можно получить только в том случае, если мантия и нижележащее жидкое ядро тоже будут активно взаимодействовать. Для этого силикатной мантии необходим проводящий слой.

Около 20 лет назад учёные предположили, что требуемые проводящие свойства в условиях высокого давления и температуры приобретает оксид железа. В нижней мантии вторым по распространённости минералом становится ферропериклаз, а потому и FeO, который теоретически мог бы создать металлический слой, здесь довольно много.


Образец оксида железа, размещённый в алмазной наковальне, с подведёнными к нему электродами. Сверху показаны сама наковальня и прибор для измерения сопротивления. (Фото Kenji Ohta.)

Чтобы проверить эту теорию, авторы выполнили серию опытов с образцами Fe0,96O, которые размещались в алмазной наковальне и подогревались лазерным излучением. Сопротивление образцов оценивалось с помощью золотых электродов, а измерения, проводимые по рентгенодифракционной методике, позволяли отслеживать структурные превращения оксида железа.

Давление в экспериментах поднималось до 141 ГПа (1,41 млн атмосфер), а температуру — до 2 480 К. Как оказалось, примерно на 70 ГПа и 1 900 К оксид железа действительно «металлизуется», причём никаким структурным фазовым переходом это не сопровождается. Поскольку температура на границе раздела ядра и мантии (~3 700 К) превышает достигнутые лабораторные значения, характеристики FeO, находящегося в этой области, геофизики рассчитали самостоятельно, ориентируясь на зависимости, полученные опытным путём. К счастью, и на 3 700 К (при давлении в 135 ГПа) FeO сохранил металлические свойства: его оценочная удельная электропроводность при этом составила 9•104 См/м.


Результаты экспериментов — зависимость измеряемого сопротивления от температуры — для изолирующего (серые точки) и металлического FeO (иллюстрация из журнала Physical Review Letters).

Полная версия отчёта опубликована в журнале Physical Review Letters; препринт статьи можно скачать с сайта arXiv.

Подготовлено по материалам ScienceNOW.