Чому на Землі більше заліза, ніж на Місяці
Вчені з Sandia National Laboratories, які працюють з Z-machine, експериментальною установкою та одним з найбільших у світі джерел спалахів рентгенівського випромінювання, допомогли розплутати давню таємницю астрофізики: чому залізо виявляється розсипаним по всій мантії Землі, товстому шарі між ядром Землі.
На перший погляд, здається розумнішим, що залізо, що прибуває в процесі зіткнень Землі з планетезімалями — від кількох метрів до сотень кілометрів у діаметрі — під час останніх стадій формування Землі, мало кулею йти в ядро Землі, де і так знаходиться досить багато заліза. .
По-друге, залишається загадкою, чому Місяць пропорційно має набагато менше заліза в мантії, ніж Земля. Оскільки Місяць зазнав такого ж позаземного бомбардування, що його великий сусід, що могло б пояснити відносну відсутність цього елемента в мантії Місяця?
Щоб відповісти на ці питання, вчені під керівництвом професора Штейна Якобсена з Гарвардського університету та професора Сари Стюарт з Каліфорнійського університету в Девісі поставили під питання прийняте теоретичне значення точки випаровування заліза за високого тиску. Якщо випаровування відбувається при нижчих тисках, ніж передбачалося, серйозний шматок заліза після зіткнення міг випаруватися як залізної пари, який ковдрою накрив Землю, а чи не пройти крізь неї. В результаті на Землю проливався б залізний дощ, який і створив би кишені цього елемента, які в даний час виявляються в мантії.
Що стосується Місяця, то могло статися те саме розчинення заліза в пару, але слабка гравітація супутника просто була не в змозі захопити більшу частину вільно плаваючих атомів заліза,чим і пояснюється нестача залізних родовищ на Місяці.
Здебільшого заради експериментальних, ніж теоретичних досліджень, вчені звернулися до Z-machine та її Програми фундаментальної науки, координованої менеджером Sandia Томасом Меттсоном. Це призвело до співпраці між Sandia, Гарвардом, Калтехом та Ліверморською національною лабораторією, в ході якого мало бути визначено експериментальне значення порога випаровування заліза, яке замінило б теоретичне значення, що використовується протягом десятиліть.
Рік Краус із Ліверморської національної лабораторії та Рей Лемке та Сет Рут із Sandia використовували Z-машину для прискорення металів до екстремальних швидкостей, використовуючи потужні магнітні поля. Вчені створили мету, яка складалася із залізної 5-міліметрової пластини товщиною 200 мікрон, і запускали в неї літаючі алюмінієві тарілки зі швидкістю 25 кілометрів на секунду. При такому ударному тиску потужна ударна хвиля, яка виникала в залозі, змушувала його стискатися, нагріватися і зрештою випаровуватися.
Головний дослідник Краус розповів: «Оскільки планетологи завжди вважали, що залізо досить важко випарувати, їм не спадало на думку, що таке випаровування може бути важливим процесом у ході формування Землі та її ядра. З нашими експериментами стало очевидним, що випарувати залізо в процесі удару досить легко».
«Це змінює наше уявлення про формування планет; замість утворення ядра шляхом опускання заліза в ядро Землі, що росте, великими краплями (технічно званими діапірами), це залізо випаровувалося, витягувалося шлейфом над поверхнею Землі і проливалося маленькими краплями. Ці крапельки заліза легко поєднувалися з мантією; наша інтерпретація геохімічних даних, які ми використовуємо насьогоднішній день щодо формування ядра Землі, змінилася».