Tema

Kvantmekanik förklarar vätets löslighet i jordens järnkärna

En svensk forskargrupp ledd av professor Börje Johansson har med hjälp av teoretiska beräkningar visat att väte är lösligt i järn vid de speciella betingelser som råder i jordens inre. Resultaten, som förklarar varför experiment och teori tidigare inte stämt överens, publiceras i veckans nätupplaga av den amerikanska tidskriften Proceeding of the National Academy of Science, PNAS.

Detaljerad kunskap om jordskorpans struktur, dynamik och kemiska sammansättning är viktig för modern geovetenskaplig forskning kring jordens utveckling och pågående förändring. Jordens fasta inre kärna, som sträcker sig från 2 900 km in till jordens mitt, består framför allt av järn, men också lättare element såsom svavel, kol, syre, kisel och väte skulle kunna ingå. Den exakta sammansättningen är dock inte känd.

1980 lyckades forskare, genom att använda sig av höga tryck, för första gången experimentellt framställa en förening mellan järn och väte, järnhydrid. Detta var en överraskning eftersom denna förening inte bildas under normala betingelser. Det är således helt möjligt att det kan finnas väte närvarande i jordens järnkärna. Men geofysiska eller mineralkemiska data är svåra att få med enbart experimentella metoder, eftersom trycket och temperaturen i jordens inre är så extrema, och teoretiska modeller kan därför bidra med viktig kunskap.

I den aktuella studien har forskarna med kvantmekanistiska beräkningar upptäckt att järnhydridens egenskaper förändras med trycket och funnit att det kan förklara nuvarande diskrepanser mellan experimentella och teoretiska data. Genom att ta hänsyn till atomernas vibrationer, och hur dessa ändras med trycket, kunde de besvärande avvikelserna avlägsnas. Beräkningarna kan också användas för att förutsäga transportegenskaper som
exempelvis värmeledning hos den inre jordkärnan.

De omfattande numeriska studierna genomfördes vid Uppsala universitets centrum för högpresterande datorberäkningar, UPPMAX.

– Denna studie visar för första gången principerna för järnets stabilitet tillsammans med väte vid olika tryckförhållanden relevanta för jordens inre, säger Börje Johansson, professor i den kondenserade materiens teori vid Uppsala universitet och KTH.

Kontaktinformation
För mer information, kontakta professor Rajeev Ahuja, 018-471 36 26, 070-425 09 35, e-post: Rajeev.Ahuja@fysik.uu.se, eller Börje Johansson,
018-471 36 23, 070-417 54 52, e-post: Borje.Johansson@fysik.uu.se

Kvantmekanik förklarar vätets löslighet i jordens järnkärna

 lästid ~ 1 min