เหล็กที่แก่นโลกชั้นในสุดอยู่ในสถานะ "ซูเปอร์ไอออนิก" ไม่ใช่ทั้งของแข็งหรือของเหลว

ลึกลงไปใต้ชั้นของเปลือกโลก เนื้อโลก และแก่นโลกชั้นนอกที่เป็นโลหะหลอมเหลว ยังคงมีแก่นโลกชั้นใน (inner core) ที่เป็นของแข็งทรงกลมเส้นผ่านศูนย์กลาง 1,220 กิโลเมตรอยู่อีกด้วย แต่ผลการศึกษาล่าสุดโดยทีมนักวิทยาศาสตร์จีนชี้ว่า เหล็กที่อยู่ในโครงสร้างโลกชั้นนี้กลับอยู่ในสถานะพิเศษที่ไม่ได้เป็นทั้งของแข็งหรือของเหลว

รายงานวิจัยที่จัดทำโดยสถาบันธรณีเคมีซึ่งอยู่ในสังกัดของสถาบันบัณฑิตวิทยาศาสตร์จีน (IGCAS) ได้รับการตีพิมพ์ลงในวารสาร Nature เมื่อวันที่ 9 ก.พ. ที่ผ่านมา โดยระบุว่าแก่นโลกชั้นในไม่ได้เป็นของแข็งทั้งหมด แต่มีเหล็กอัลลอยในสถานะ "ซูเปอร์ไอออนิก" (superionic state) ปะปนอยู่ด้วย

ผลการศึกษาดังกล่าวมาจากการสังเกตคลื่นแผ่นดินไหว ซึ่งหักเหเบี่ยงเบนทิศทางและเปลี่ยนแปลงความเร็วจนช้าลง ขณะเคลื่อนผ่านแก่นชั้นในของโลก รวมทั้งข้อมูลจากการสร้างแบบจำลองคอมพิวเตอร์ก็ยืนยันว่า แก่นชั้นในมีความหนาแน่นต่ำกว่าจะเป็นเหล็กแข็งล้วน แต่มีแร่ธาตุน้ำหนักเบาผสมอยู่จนทำให้เนื้อของมันนิ่มกว่าที่ควร

ศาสตราจารย์เหอ หยู ผู้นำทีมวิจัยอธิบายว่า แร่ธาตุน้ำหนักเบาภายในแก่นโลกชั้นในนั้น น่าจะเป็นโลหะผสมอย่างเหล็กอัลลอย ซึ่งมีองค์ประกอบเป็นอะตอมของเหล็ก, คาร์บอน, ไฮโดรเจน, และออกซิเจนเกาะกลุ่มอยู่ด้วยกัน โดยเหล็กอัลลอยซึ่งอยู่ภายใต้อุณหภูมิและความดันสูงแบบสุดขั้วนั้น ไม่ได้อยู่ในสถานะของแข็ง ของเหลว หรือก๊าซ เหมือนกับสสารทั่วไป แต่อยู่ในสถานะกึ่งกลางระหว่างของแข็งและของเหลวซึ่งก็คือซูเปอร์ไอออนิกนั่นเอง

ภายใต้สถานะซูเปอร์ไอออนิก อะตอมเหล็กจะก่อตัวเป็นผลึกตาข่ายแบบของแข็ง ในขณะที่อะตอมของคาร์บอน ไฮโดรเจน และออกซิเจน เคลื่อนที่ไปมาภายในโมเลกุลอัลลอยอย่างอิสระเหมือนกับของเหลว โดยค่าสัมประสิทธิ์การแพร่ (diffusion coefficient) ของอะตอมธาตุเบาทั้งสามชนิด อยู่ในระดับเดียวกับเหล็กหลอมเหลว

"มันแปลกมากทีเดียว การที่อะตอมของเหล็กแข็งตัว ไม่ได้ส่งผลจำกัดหรือเปลี่ยนแปลงการเคลื่อนที่ไหลเวียนของอะตอมธาตุเบา พวกมันยังคงเป็นตัวการพาความร้อนภายในแก่นโลกชั้นในได้อย่างต่อเนื่อง" ศ.เหอ กล่าว

การค้นพบครั้งนี้ช่วยไขปริศนาที่ว่า เหตุใดแก่นโลกชั้นในจึงมีความหนาแน่นต่ำและนิ่มกว่าที่ก้อนเหล็กแข็งล้วนควรจะเป็น แต่อย่างไรก็ตาม ทีมผู้วิจัยยังไม่สามารถตอบคำถามที่ว่า เหตุใดแก่นโลกชั้นในจึงไม่เป็นเนื้อเดียวกันอย่างสม่ำเสมอทั้งหมด ซึ่งเรื่องนี้จะต้องมีการศึกษาเพิ่มเติมต่อไป