Исследование определяет суперионный гидрид железа как ключ к ультранизкоскоростным зонам на границе ядра и мантии Земли

Исследовательская группа под руководством профессора Ван Вэньчжуна из Научно-технического университета Китая (USTC) выяснила, что загадочные ультранизкоскоростные зоны (ULVZ) на границе ядра и мантии могут формироваться из суперионного гидрида железа. Это открытие было сделано с помощью расчетов из первых принципов и методов машинного обучения, а результаты опубликованы в Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

Ранее ультранизкоскоростные зоны, характеризующиеся крайне низкой скоростью сейсмических волн и высокой плотностью, объясняли либо аномалиями температуры, либо составом. Однако обнаружение ULVZ в высокоскоростных областях, например, рядом с погружающимися плитами, показало, что одной температурой их наличие не объяснить. Ученые USTC исследовали гидрид железа (FeH_x), который может образовываться при реакции воды с субдуцирующих плит с железом внешнего ядра. Моделирование показало, что в экстремальных условиях на границе ядра и мантии FeH_x переходит в суперионное состояние: атомы железа образуют фиксированную решетку, а атомы водорода диффундируют подобно жидкости. Это состояние FeH_x демонстрирует экстремально низкие сейсмические скорости (на 34% и 63% ниже для P- и S-волн соответственно) и плотность на 50% выше, чем у окружающей мантии, что точно соответствует характеристикам ULVZ.

Таким образом, суперионный гидрид железа, образовавшийся из воды, доставленной плитами, является ключевым фактором формирования ультранизкоскоростных зон. Это исследование подчеркивает критическую роль воды в создании сейсмических аномалий на самой глубокой границе недр нашей планеты.