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科学:隐藏的氢气使世界的中心变得更加明智

点击量:   时间:2018-01-05 08:07:04

作者:JULIE JOHNSON美国化学家首次观察到铁与氢结合在一起,在超高压下制造氢化铁他们还研究了氢化物的晶体结构,它在大气压下不存在他们的研究结果可以帮助解决地球物理难题,解释为什么地球核心的密度比单独使用铁的情况要低10%华盛顿卡内基研究所的John Badding,Russell Hemley和Ho-Kwang(Dave)毛泽东在钻石砧座中对铁和氢气施加了高达62千兆帕斯卡,超过60万个大气压的压力通过将相对适度的力集中到两个钻石面之间的微小区域,这样的单元可以施加高达300千兆帕的压力当压力达到3.5千兆帕时,研究人员看到铁膨胀,其周围的液态氢突然流入,而金属则从光滑,闪亮变为颗粒状他们可以在压力下研究化合物的晶体结构,因为挤压样品的钻石对同步加速器产生的明亮X射线是透明的考虑到处理如此大量氢气(62千兆帕斯卡)的技术难度,它可以稳定达到他们可以测量的最高压力当铁变成氢化铁时,铁的体积最初增加 - 每个氢原子约1.8立方埃研究人员提出,氢化物中的氢原子位于双六方密堆积结构的八面体位置(见图)根据他们所知道的随后压力增加后的体积减少,研究人员提出氢化铁应该在高于100千兆帕斯卡的压力下稳定,接近地球核心外部的那些(科学,7月26日,第421页) 地球核心的构成仍然是一个难题地震学家通过测量通过它的波速来测量其密度他们认为半径1200公里的内核几乎完全由纯铁制成他们知道它的外部是液体,因为剪切波不会通过它但是在边界处发生的密度变化可能太大而不能由固体到液体的简单变化引起;外芯不够致密,不能成为纯铁液它似乎也包含其他更轻的元素,可能与合金形式的铁结合 “我们知道那里有铁,但必须有一个轻元素利兹大学地球物理学家Kathy Whaler表示,氢是一种可能性,其他的则是硫,硅,氧,镍,氧和钾加利福尼亚大学地球物理学家雷蒙德·让洛兹(Raymond Jeanloz)表示,氢气是主要的候选者,我们对它们的高压和温度化学知之甚少他表示,氢气(可能是5%至10%)会对(核心)属性产生非常深远的影响关注氢的一个原因是,尽管它是宇宙中最丰富的元素之一,但与整个太阳系相比,地球缺氢 Jeanloz说,虽然地球的引力太弱而不能保留很多氢气,但它的一些可能在它形成时保留在地球深处他认为没有理由专注于在环境温度下与铁合金已知的镍等元素他说,从哲学的角度来看,我们过去对铁合金的所有经验都会受到大气压力下的实验的影响巴丁和他的团队表示,他们在与内/外核心边界相似的压力下的密度值 - 330千兆帕斯卡 - 与地震学家发现的密度相近但这些超高压研究是否代表了地球中心的情况 “没有其他方法可以使用钻石砧细胞,”Whaler说,“地震学不够精确”她解释说,地震学的缺点是它将地球作为一个实验室,