Új tulajdonságokat szerez a vasoxid a mélyben

Egy új tanulmány szerint a Föld belsejében uralkodó szélsőséges nyomások és hőmérsékletek annyira összetömörítik az atomokat és elektronokat, hogy kölcsönhatásaik egészen új fordulatokat vesznek, teljes egészében megváltoztatva az anyagokat.

A legújabb kísérletek és szuperszámítógépekkel végzett számítások szerint a vasoxid a mélyben úgy vesz fel teljesen új tulajdonságokat, hogy szerkezete változatlan marad. A Physical Review Letters szaklapban publikált eredmények jelentősen kibővíthetik a Föld mélyében zajló dinamikákról és a káros kozmikus sugarakkal szemben védelmet nyújtó mágneses mező viselkedéséről szerzett ismereteinket.

A mag közelében uralkodó szélsőséges körülmények imitálásához a Carnegie Tudományos Intézet geofizikai laboratóriumának csapata Ronald Cohen vezetésével a légköri nyomás 1,4 milliószorosáig és 2200 Celsius fokig tanulmányozta a vasoxid elektromos vezetőképességét. Ezek az értékek megfelelnek a mag-köpeny határon uralkodó körülményeknek. Emellett egy új számítási módszert is bevetettek, ami kizárólag alapvető fizikát használ az elektronok közötti összetett sokrészecske-kölcsönhatások modellezéséhez. Az elmélet és a kísérletek egyaránt arra utalnak, hogy a vasoxid alakváltás nélkül képes elektromos tulajdonságainak megváltoztatására, vagyis a nyomástól és a hőmérséklettől függően egyaránt lehet szigetelő és vezető.

Az átalakulás 690.000 atmoszférán és 1650 Celsius fokon zajlik le, a vasoxid egy szigetelő (nem elektromos vezető) állapotból egy magas vezető képességű fémbe megy át, miközben szerkezete változatlan marad. Korábbi tanulmányokból származó feltevések szerint a vasoxid ilyen mérvű átalakulása kristályszerkezetének változásával hozható összefüggésbe, ennek azonban ellent mond Cohen és csapata tanulmánya.

"Magas hőmérsékleteken a vasoxid kristályaiban az atomok ugyanolyan szerkezetbe rendeződnek, mint a közönséges konyhasó, a NaCl esetében" - magyarázta Cohen. "Akárcsak a konyhasó, normál körülmények között a vasoxid is jó szigetelő, nem vezeti az elektromosságot. Korábbi mérések is mutatták nagy nyomásokon és hőmérsékleteken ezt az átmenetet, de úgy véltük, hogy ehhez egy új kristályszerkezet is társul, az új eredmények azonban azt bizonyítják, hogy nem történik szerkezet változás, ehhez azonban a hőmérséklet és a nyomás együttesen szükséges"

A földköpeny nagy részét magnézium és vasoxid keveréke alkotja. A tény, hogy a vasoxid fémként viselkedik, azt jelenti hogy elektromosan összekapcsolja a magot és a kérget, hatást gyakorolva a Föld külső magban generálódó mágneses mezejére. "A fémes fázis felerősíti a folyékony mag és az alsó köpeny közötti elektromágneses kölcsönhatást. Ez szerepet játszik a Föld mágneses mezejének fenntartásában” - tette hozzá Cohen.

"A tény, hogy egy ásvány összetételétől és a bolygón belüli elhelyezkedésétől függően ennyire eltérő tulajdonságokkal rendelkezik, komoly felfedezés” - összegzett Russel Hemley a laboratórium igazgatója.