Исследователи вычислительным путем добрались до центра Земли

Для более полного понимания сложностей земных недр человечеству приходится буквально копать глубоко. На сегодняшний день ученым удалось пробурить скважину глубиной чуть более 12 километров, что составляет примерно половину средней толщины земной коры. Чтобы заглянуть глубже, исследователи из Института геологии и минералогии Кёльнского университета обратились к вычислительным ресурсам Суперкомпьютерного центра в Юлихе.

Используя суперкомпьютер JUQUEEN, команда под руководством профессора Сандро Яна и доктора Клеменса Прешера моделировала структуру силикатных стекол как модельной системы для расплавов при сверхвысоких давлениях. Их первоначальные результаты опубликованы в Proceedings of the National Academy of Sciences. Понимание свойств силикатных расплавов и стекол при экстремальном давлении имеет решающее значение для реконструкции процессов формирования Земли, когда удары крупных астероидов могли приводить к ее полному расплавлению.

Команда провела расчеты ab initio электронной структуры атомов и молекулярно-динамическое моделирование. В качестве тестового материала было выбрано хорошо изученное соединение — диоксид кремния (SiO₂). Моделирование позволило выйти далеко за пределы экспериментально достигнутых 172 гигапаскалей (что в 1.72 миллиона раз превышает атмосферное давление на поверхности). Исследователи обнаружили, что при высоких давлениях атомы кислорода сжимаются гораздо сильнее, чем атомы кремния, что приводит к радикально иной структуре стекла.

Валидация модели на SiO₂ дает уверенность для перехода к более сложным составам, соответствующим реальным расплавам в недрах Земли. Установка суперкомпьютеров следующего поколения в центрах Гаусса позволит симулировать более сложные системы с большим количеством атомов. Как отметил Прешер, более мощные машины помогут перейти от модельных систем к реальным составам, ожидаемым в земных недрах.