Vědci z Tokia potvrdili superiontový stav hydridu železa v podmínkách zemského jádra

Vědci z Science Tokyo přinesli nový pohled na chování hmoty v podmínkách, které panují ve vnitřním jádru Země. Podle jejich experimentálních výsledků vstupuje hydrid železa při extrémním tlaku a teplotě do tzv. superiontového stavu – neobvyklé fáze hmoty, kterou vědci dosud znali především z teoretických modelů a simulací planetárních nitra a nitra ledových obrů typu Uranu či Neptunu.

Superiontový stav představuje jakýsi mezistupeň mezi klasickou pevnou látkou a taveninou. V tomto stavu zůstává krystalová mřížka jednoho druhu atomů, obvykle těch těžších, pevná a uspořádaná, zatímco lehčí atomy – v tomto případě vodík – se pohybují volně jako v kapalině. Materiál si tak paradoxně zachovává některé vlastnosti pevné látky, ale zároveň vykazuje vysokou iontovou vodivost typickou pro roztavené látky.

Tým z Science Tokyo dosáhl podmínek relevantních pro zemské jádro pomocí laserem ohřívaných a elektricky zapojených diamantových anvilových buněk. Tato technika umožňuje stlačit vzorek mezi dvěma diamantovými hroty na tlaky dosahující milionů atmosfér a současně jej ohřát laserem na teploty tisíců stupňů Celsia – tedy na hodnoty, které se blíží podmínkám panujícím hluboko pod zemským povrchem. Elektrické zapojení buněk navíc umožnilo přímo sledovat elektrickou vodivost vzorku během experimentu, což je klíčový ukazatel pro identifikaci superiontového chování.

Výsledkem experimentů byly konkrétní signatury, které nasvědčují tomu, že hydrid železa za těchto extrémních podmínek skutečně přechází do superiontového stavu. Takové pozorování je významné, protože vodík je jedním z kandidátů na lehký prvek, který by mohl být přítomen ve vnitřním jádru Země spolu se železem a niklem. Seismologická data už delší dobu ukazují, že hustota jádra je nižší, než by odpovídalo čistému železu, a proto vědci předpokládají přítomnost lehčích příměsí – vedle vodíku se uvažuje také o síře, kyslíku nebo uhlíku.

Pokud by se v jádru skutečně nacházel hydrid železa v superiontovém stavu, mohlo by to mít dopad na pochopení toho, jak se v nitru Země pohybuje hmota a jak vzniká zemské magnetické pole. Vysoká iontová vodivost spojená s tímto stavem by mohla ovlivňovat tepelné a elektrické vlastnosti jádra, což jsou faktory, které přímo souvisejí s dynamem generujícím magnetické pole planety. Přesné složení a chování materiálů v jádru totiž zůstává i po desetiletích výzkumu jednou z největších neznámých v geofyzice, protože přímý přístup k této oblasti Země je technicky nemožný a veškeré poznatky pocházejí z indirektních metod – seismologie, mineralogických experimentů a výpočetních simulací.

Experimentální potvrzení superiontového chování u hydridu železa proto doplňuje mozaiku poznatků o tom, z čeho je jádro Země skutečně složeno a jak se v něm hmota chová za podmínek, které na povrchu planety nikdy nenastanou. Diamantové anvilové buňky se v posledních letech staly klíčovým nástrojem pro studium takzvané hluboké geofyziky, protože umožňují v laboratorních podmínkách simulovat tlaky a teploty odpovídající různým hloubkám zemského nitra – od svrchního plášťe až po samotné jádro.

Výzkum týmu ze Science Tokyo tak přispívá k širšímu úsilí vědecké komunity o rekonstrukci podmínek panujících tisíce kilometrů pod našimi nohami. Ačkoli přesné datum publikace výsledků nebylo specifikováno, práce zapadá do dlouhodobého trendu, kdy se díky zdokonalování experimentálních technik daří stále přesněji modelovat chování materiálů za extrémních podmínek a přibližovat se tak realističtějšímu obrazu složení a dynamiky nitra naší planety. Další výzkum by měl ukázat, zda je superiontový hydrid železa skutečně přítomen v reálném jádru Země ve významném množství, a jaký dopad by to mělo na existující modely geodynama a tepelné historie planety.