Суперземлі — це світи загалом схожі на Землю, але набагато масивніші за неї. Нещодавно вчені припустили, що всередині них тиск може досягати таких значень, що породи попри величезну температуру залишаються твердими.
Нова кристалічна форма ортосилікату магнію в надрах планет
У глибинах суперземель — скелястих планет, маса яких у 1–10 разів перевищує масу Землі високий тиск може змушувати звичні мінерали набувати форм, які на Землі зустрічаються вкрай рідко. Глибше розуміння умов температури та тиску, за яких виникають ці фази, може допомогти дослідникам дізнатися більше про те, як еволюціонують планети. Про це повідомляє сайт phys.org.
Одним із таких мінералів є ортосилікат магнію, або Mg₂SiO₄, — один з основних будівельних блоків скелястих планет. У міру зростання тиску в глибинах планети атоми цього мінералу перегруповуються, утворюючи різні кристалічні структури. Одна з таких форм, що утворюється під високим тиском, називається шпінельною фазою; її можна знайти в мантії Землі. За ще вищих тисків ця фаза розпадається на два різних мінерали: бріджманіт — найпоширенішу мінеральну фазу на Землі та феропериклаз — оксид, багатий на магній.
Однак за набагато екстремальніших тисків, які, як очікується, панують всередині масивних скелястих планет, відомих як суперземлі, Mg₂SiO₄ знову стає стабільним у цілком новій кристалічній структурі, що називається «пост-пост-шпінель». Вчені прогнозують, що ця фаза Mg₂SiO₄ під надвисоким тиском є одним із панівних мінералів у глибоких шарах мантії суперземель, що робить її поведінку під час плавлення важливою для розуміння того, як ці планети формуються та еволюціонують.
Вогнетривкий твердий матеріал
Відтворити високі температури та надзвичайний тиск, що панують усередині масивних скелястих планет, у лабораторних умовах досить складно, тому Чжен та його команда вирішили скористатися обчислювальним підходом. Команда застосувала метод, відомий як термодинамічна інтеграція, для дослідження кривої плавлення Mg₂SiO₄ у стані «пост-пост-шпінель» при тиску до 1300 гігапаскалів. Результати дослідження опубліковані в журналі «AGU Advances».
Вони виявили, що Mg₂SiO₄ типу «пост-пост-шпінель» є надзвичайно вогнетривким мінералом, тобто він може витримувати екстремально високі температури, перш ніж розплавитися. Залежно від тиску він плавиться при температурах від 9780 К до 14897 К, що значно вище, ніж у споріднених мінералів, зокрема брідгманіту та постперовськіту MgSiO₃ — форми брідгманіту під високим тиском, стабільної поблизу межі ядра та мантії Землі.
Навіть після додавання помірної кількості заліза — що, ймовірно, так чи інакше відбувається на більшості екзопланет — температура плавлення Mg₂SiO₄ у стані «пост-пост-шпінель» залишалася вищою за температури, розраховані для глибинних мантій більшості скелястих планет, зазначають автори.
Їхні результати вказують на те, що багато суперземель, ймовірно, мають тверді глибокі мантії, що має значення для конвекції в глибинах скелястих екзопланет та для їхніх магнітних полів, які утворюються внаслідок завихрення розплавлених металів у їхніх надрах.
