Fuerte efecto de prefusión en las propiedades elásticas de hcp-Fe bajo condiciones de núcleo interno

Área de la Ciencia:

• La geofísica es la geofísica.
• Física mineral Física de los minerales
• Materiales computacionales Ciencia de la ciencia.

Sus antecedentes:

• Las observaciones sismológicas muestran que la velocidad de onda de cizallamiento (VS) en el núcleo de la Tierra es menor de lo predicho por los modelos de física mineral.
• Las explicaciones existentes para esta discrepancia son insuficientes para conciliar los datos teóricos y observacionales.

Objetivo del estudio:

• Investigar las propiedades elásticas del hierro en condiciones del núcleo interno utilizando métodos computacionales avanzados.
• Para determinar si el comportamiento del hierro cerca de su punto de fusión puede explicar el bajo VS. observado.

Principales métodos:

• Utilizó simulaciones de dinámica molecular ab initio para calcular las propiedades elásticas del hierro hexagonal compactado (hcp-Fe).
• Las simulaciones se realizaron a alta presión (360 GPa) a través de un rango de temperaturas en relación con la temperatura de fusión (Tm).

Principales resultados:

• Se identificó un fuerte debilitamiento de cizallamiento no lineal en el hcp-Fe a temperaturas superiores a 0,96 * Tm.
• Se observó una reducción significativa en la VS asociada con este debilitamiento del corte previo a la fusión.
• El rango de temperatura predicho dentro del núcleo interno (T/Tm de ≈0.99 a 1) cae dentro de este régimen de debilitamiento crítico.

Conclusiones:

• El debilitamiento del cizallamiento no lineal del hierro cerca de su punto de fusión proporciona una explicación convincente para el VS anormalmente bajo observado en el núcleo interno de la Tierra.
• Este hallazgo concilia las discrepancias entre los modelos mineralógicos y los datos sismológicos para el interior profundo de la Tierra.