Квантовая механика раскрывает новые детали о недрах Земли

Ученые использовали методы квантовой механики, чтобы выяснить, что самый распространенный минерал на Земле относительно редко встречается в глубоких недрах планеты. С помощью нескольких мощнейших суперкомпьютеров команда физиков из Университета штата Огайо смоделировала поведение кремнезёма (SiO₂) в высокотемпературной и высокобарической форме, которую сложно изучать непосредственно в лаборатории.

Это открытие, опубликованное в Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), важно для понимания состава и динамики мантии Земли. Кремнезём составляет две трети земной коры, но его роль в нижней мантии оставалась неясной. Новые данные свидетельствуют, что плотная форма кремнезёма (структура типа α-PbO₂), вероятно существующая на больших глубинах, не соответствует глобальным сейсмическим сигналам из нижней мантии. Это указывает на то, что нижняя мантия относительно бедна кремнезёмом, за исключением, возможно, локальных зон субдукции океанических плит.

«Эксперименты при давлениях, близких к давлению в ядре Земли, очень сложны. Используя высокоточное квантово-механическое моделирование, мы можем получить надежные данные, выходящие за рамки лабораторных возможностей», — пояснил ведущий автор исследования Кевин Драйвер. Ученые применили метод квантового Монте-Карло, потребовавший эквивалента более шести миллионов часов процессорного времени на крупнейших суперкомпьютерах США.