Выпуски

 / 

2000

 / 

Май

  

Обзоры актуальных проблем


Универсальный рост вязкости металлических расплавов в мегабарном диапазоне давлений: стеклообразное состояние внутреннего ядра Земли

 а,  б
а Институт физики высоких давлений РАН им. Л.Ф. Верещагина, Троицк, Москва, Российская Федерация
б Институт физики высоких давлений им. Л.Ф. Верещагина РАН, Троицк, Москва, Российская Федерация

Приводится обзор экспериментальных данных и соответствующих теоретических представлений, касающихся вязкости различных типов жидкостей и расплавов под давлением. Наименее изученными в экспериментальном аспекте являются металлические расплавы, вязкость которых считается практически постоянной вдоль соответствующих кривых плавления. Предлагается новый подход к исследованию вязкости расплавов под давлением, основанный на измерении размеров кристаллических зерен в образцах, полученных закалкой из расплава. Данные выполненных авторами исследований жидких металлов под давлением до 10 ГПа свидетельствуют о значительном росте вязкости расплавов вдоль кривой плавления, что противоречит существующему эмпирическому подходу. Экспериментальные результаты и критический анализ современных представлений позволяет выдвинуть гипотезу об универсальных закономерностях поведения вязкости различных жидкостей под давлением. Экстраполяция результатов, полученных для расплава железа, к давлениям и температурам, существующим в ядре Земли, позволяет заключить, что внешнее ядро Земли состоит из расплава высокой вязкости от 102 Па с до 1011 Па с в зависимости от глубины. Можно предположить, что внутреннее ядро Земли находится в состоянии ультравязкой жидкости (>1011 Па с), близкой по свойствам к стеклу, в противоречии с существующими представлениями о кристаллической природе внутреннего ядра. Вывод о высокой вязкости недр небесных тел проливает свет на многочисленные загадки геофизики и астрономии Земли и планет. Анализ зависимостей температуры плавления и стеклования от давления позволяет выдвинуть концепцию стабильного состояния металлических жидкостей с уровнем вязкости, характерным для стекол, которая является абсолютно новой и требует дальнейшего теоретического и экспериментального изучения.

Текст: pdf
Войдите или зарегистрируйтесь чтобы получить доступ к полным текстам статей.
English fulltext is available at IOP
PACS: 61.25.Mv, 61.43.−j, 62.50.+p, 66.20.+d, 91.35.Ed (все)
DOI: 10.3367/UFNr.0170.200005c.0535
URL: https://ufn.ru/ru/articles/2000/5/c/
Цитата: Бражкин В В, Ляпин А Г "Универсальный рост вязкости металлических расплавов в мегабарном диапазоне давлений: стеклообразное состояние внутреннего ядра Земли" УФН 170 535–551 (2000)
BibTexBibNote ® (generic)BibNote ® (RIS)MedlineRefWorks

English citation: Brazhkin V V, Lyapin A G “Universal viscosity growth in metallic melts at megabar pressures: the vitreous state of the Earth’s inner corePhys. Usp. 43 493–508 (2000); DOI: 10.1070/PU2000v043n05ABEH000682

Список литературы (127) ↓ Статьи, ссылающиеся на эту (51) Похожие статьи (20)

  1. Фортов В Е УФН 138 361 (1982)
  2. Young D A Phase Diagrams of the Elements (Berkeley: Univ. of California Press, 1991)
  3. Грязнов В К и др. ЖЭТФ 114 1242 (1998)
  4. Киржниц Д А УФН 104 489 (1971)
  5. Жарков В Н, Калинин В А Уравнения состояния твердых тел при высоких давлениях и температурах (М.: Наука, 1989)
  6. Жарков В Н, Трубицын В П Физика планетных недр (М.: Наука, 1980)
  7. Anderson D L Theory of the Earth (Boston: Blackwell Sci. Publ., 1989)
  8. Boehler R Nature 363 534 (1993)
  9. Anderson O L J. Geomag. Geoelectr. 45 1235 (1993)
  10. Anderson W W, Ahrens T J J. Geophys. Res. 99 4273 (1994)
  11. Хаббард У Б Внутреннее строение планет (М.: Мир, 1987)
  12. Bridgman P W Collected Experimental Papers Vol. 6 (Cambridge, Mass.: Harvard Univ. Press, 1964) p. 2043
  13. Bridgman P W Collected Experimental Papers Vol. 6 (Cambridge, Mass.: Harvard Univ. Press, 1964) p. 3903
  14. Слюсарь В П, Руденко Н С, Третьяков В М Теплофизические свойства веществ и материалов Вып. 7 (М.: Изд. стандартов, 1973) с. 50
  15. Munro R G, Piermarini G J, Block S Rev. Phys. Chem. Jpn. 50 79 (1980)
  16. Trappeniers N J, Van der Gulik P S, Van den Hooff H Chem. Phys. Lett. 70 438 (1980)
  17. Barnett J D, Bosco C D J. Appl. Phys. 40 3144 (1969)
  18. Сидоров В А, Циок О Б Физ. и техн. выс. давл. 1 (3) 74 (1991)
  19. Herbst C A, Cook R L, King H E (Jr.) J. Non-Cryst. Sol. 172-174 265 (1994)
  20. Hsieh M, Swalin R A Acta Metallurg. 22 219 (1974)
  21. Spaepen F Physics of Defects (USMG/NATO ASI. Les Houches, Session XXXV, 1980, Eds R Balian, M Kléman, J-P Poirier) (Amsterdam: North-Holland, 1981) p. 133
  22. Чаудхари П, Спаепен Ф, Стейнхардт П Металлические стекла Вып. II (Под. ред. Г Бека, Г Гюнтеродта) (М.: Мир, 1986) с. 151
  23. Poirier J P Geophys. J. 92 99 (1988)
  24. Angelani L Phys. Rev. Lett. 81 4648 (1998)
  25. Meyer A Phys. Rev. Lett. 80 4454 (1998)
  26. Yamamoto R, Onuki A Phys. Rev. Lett. 81 4915 (1998)
  27. Perera D N, Harrowell P Phys. Rev. Lett. 81 120 (1998)
  28. Bridgman P W Collected Experimental Papers Vol. 4 (Cambridge, Mass.: Harvard Univ. Press, 1964) p. 2155
  29. Ozelton M W, Swalin R A Phil. Mag. 153 441 (1968)
  30. LeBlanc G E, Secco R A Geophys. Res. Lett. 23 213 (1996)
  31. Brazhkin V V et al. Phys. Scripta 39 338 (1989)
  32. Brazhkin V V, Popova S V, Voloshin R N High Press. Res. 6 325 (1992)
  33. Brazhkin V V et al. High Press. Res. 6 333 (1992)
  34. Бражкин В В, Попова С В Расплавы (4) 97 (1989)
  35. Бражкин В В, Попова С В Расплавы (1) 10 (1990)
  36. Бражкин В В Письма в ЖЭТФ 68 469 (1998)
  37. Keyes E W Solids under Pressure (Eds W Paul, D M Warschauer) (New York: McGraw-Hill, 1963) p. 71
  38. Angell C A Science 267 1924 (1995)
  39. Kushiro I J. Geophys. Res. 81 6347 (1976)
  40. Sharma S K, Virgo D, Kushiro I J. Non-Cryst. Solids 33 235 (1979)
  41. Kushiro I Physics of Magmatic Processes (Ed. R B Hargraves) (Princenton, N.J.: Princenton Univ. Press, 1980) p. 93
  42. Shimizu N, Kushiro I Geochim. Cosmochim. Acta 48 1295 (1984)
  43. Doi T Rev. Phys. Chem. Jpn. 33 41 (1963)
  44. Минеев В Н, Савинов Е В ЖЭТФ 52 629 (1967)
  45. Минеев В Н, Зайдель Р М ЖЭТФ 54 1633 (1968)
  46. Минеев В Н, Савинов Е В ЖЭТФ 68 1321 (1975)
  47. Альтшулер Л В, Канель Г И, Чекин Б С ЖЭТФ 72 663 (1977)
  48. Hamman S D, Linton M J. Appl. Phys. 40 913 (1969)
  49. Дриц М Е (ред.) Свойства элементов (М.: Металлургия, 1985)
  50. Кэй Дж В, Лэби Т Г Таблицы физических и химических постоянных 2-е изд. (М.: Физматгиз, 1962)
  51. Шиняев А Я Фазовые превращения и свойства сплавов при высоком давлении (М.: Наука, 1973)
  52. Lazarus D, Nachtrieb N H Solids under Pressure (Eds W Paul, D M Warschauer) (New York: McGraw-Hill, 1963) p. 43
  53. Longuet-Higgins H C, Pople J A J. Chem. Phys. 25 884 (1956)
  54. Alder B J, Gass D M, Wainwright T E J. Chem. Phys. 53 3813 (1970)
  55. Chandler D J. Chem. Phys. 62 1358 (1975)
  56. Жаховский В В ЖЭТФ 105 1615 (1994)
  57. Wallace D C Phys. Rev. E 58 538 (1998)
  58. Тонков Е Ю Фазовые превращения соединений при высоком давлении (М.: Металлургия, 1988)
  59. Rice S A, Nachtrieb N H J. Chem. Phys. 31 139 (1959)
  60. Уббелоде А Р Расплавленное состояние вещества (М.: Металлургия, 1982)
  61. Andrade E N Proc. Roy. Soc. Lond. A 215 36 (1952)
  62. Souders M J. Am. Chem. Soc. 60 154 (1938)
  63. Сандитов Д С, Бартенев Г М Физические свойства неупорядоченных структур (Новосибирск: Наука, 1982)
  64. Doolittle A K J. Appl. Phys. 22 1471 (1951)
  65. Cohen M H, Turnbull D J. Chem. Phys. 31 1164 (1959)
  66. Woodcock L V, Angell C A Phys. Rev. Lett. 47 1129 (1981)
  67. Skripov V P, Faizullin M Z High Temp. High Press. 18 1 (1986)
  68. Fearn D R, Loper D E, Roberts P H Nature 292 232 (1981)
  69. Кузнецов В В УФН 167 1001 (1997)
  70. Song X, Richards P G Nature 382 221 (1996)
  71. Whaler K, Holme R Nature 382 205 (1996)
  72. Su W -J, Dziewonski A M, Jeanloz R Science 274 1883 (1996)
  73. Song X D, Helmberger D V Science 282 924 (1998)
  74. Toomre A Geophys. J. R. Astron. Soc. 38 335 (1974)
  75. Anderson D L Nature 285 204 (1980)
  76. Officer C B J. Geophys. 59 89 (1986)
  77. Vočadlo L et al. Faraday Discuss. 106 205 (1997)
  78. De Wijs G A et al. Nature 392 805 (1998)
  79. Alfe D, Gillan M Phys. Rev. B 58 8248 (1998)
  80. Alfe D, Gillan M Phys. Rev. Lett. 81 5161 (1998)
  81. Ladbury R Phys. Today 49 (11) 21 (1996)
  82. Glatzmaier G A, Roberts P H Nature 377 203 (1995)
  83. Бражкин В В "Влияние высокого давления на затвердевание металлических расплавов (Pb, In, Cu, двойные сплавы на основе меди)" Дисс. ... канд. физ.-мат. наук (Москва, 1987)
  84. Khvostantsev L G, Vereshchagin L F, Novikov A P High Temp. High Press. 9 637 (1977)
  85. Бек Г, Гюнтеродт Г Металлические стекла. Вып. I (Под ред. Г-Й Гюнтеродта, Г Бека) (М.: Мир, 1983) с. 11
  86. Чадхари П, Спаепен Ф, Стейнхардт П Металлические стекла. Вып. II (Под ред. Г Бека, Г Гюнтеродта) (М.: Мир, 1986) с. 151
  87. Smithells C J (Ed.) Metals Reference Book 5th ed. (London: Butterworths, 1976)
  88. Дамаск А, Динс Дж Точечные дефекты в металлах (М.: Мир, 1966)
  89. Киттель Ч Введение в физику твердого тела (М.: Наука, 1978), Гл. 20
  90. Ruocco G et al. Nature 379 521 (1996)
  91. Guinan M W, Steinberg D J J. Phys. Chem. Solids 35 1501 (1974)
  92. Hardy W H, Crawford R K, Daniels W B J. Chem. Phys. 54 1005 (1971)
  93. Crawford R K Rare Gas Solids Vol. 2 (Eds M L Klein, J A Venables) (London: Acad. Press, 1977), Ch. 11
  94. Стишов С М УФН 114 3 (1974)
  95. Hoover W G, Gray S G, Johnson K W J. Chem. Phys. 55 1128 (1971)
  96. Stevenson D J, Salpeter E E Astrophys. J. Suppl. 35 221 (1977)
  97. Ашкрофт Н, Мермин Н Физика твердого тела (М.: Мир, 1979)
  98. Boehler R et al. Rev. High Pressure Sci. Technol. 7 86 (1998)
  99. Hansen J P, McDonald I R, Pollock E L Phys. Rev. A 11 1025 (1975)
  100. Vieillefosse P, Hansen J P Phys. Rev. A 12 1106 (1975)
  101. Smyle D E Science 284 461 (1999)
  102. Kerr R A Science 283 1826 (1999)
  103. Gutenberg B Trans. Am. Geophys. Un. 38 750 (1957)
  104. Söderlind P, Moriartry A, Wills J M Phys. Rev. B 53 14063 (1996)
  105. Steinle-Neumann G, Stixrude L, Cohen R E Phys. Rev. B 60 791 (1999)
  106. Singh A K Phys. Rev. Lett. 80 2157 (1998)
  107. Mao H-K et al. Nature 396 741 (1998)
  108. Кюнци Г-У Металлические стекла. Вып. II (Под ред. Г Бека, Г Гюнтеродта) (М.: Мир, 1986) с. 199
  109. Weaire D et al. Acta Metallurg. 19 779 (1971)
  110. Golding B, Bagley B G, Hsu F S L Phys. Rev. Lett. 29 68 (1972)
  111. Boehler R, Von Bargen N, Chopelas A J. Geophys. Res. 95 21731 (1990)
  112. Yoo C S Phys. Rev. Lett. 70 3931 (1993)
  113. Williams Q et al. Science 236 181 (1987)
  114. Денисов Г Г, Новиков В В ДАН 362 484 (1998)
  115. Сидоренко В С Астрон. вестник 27 119 (1993)
  116. Hide R, Dickey J O Science 253 629 (1991)
  117. Hoover W G et al. J. Chem. Phys. 52 4931 (1970)
  118. Bengtzelius U Phys. Rev. A 33 3433 (1986)
  119. Tölle A et al. Phys. Rev. Lett. 80 2374 (1998)
  120. Nauroth M, Kob W Phys. Rev. E 55 657 (1997)
  121. Wills J M, Harrison W A Phys. Rev. B 28 4363 (1983)
  122. Mishin Y Phys. Rev. B 59 3393 (1999)
  123. Hausleitner C, Hafner J J. Phys. F 18 1025 (1988)
  124. Фельц А Аморфные и стеклообразные неорганические твердые тела (М.: Мир, 1986)
  125. Shumway S L, Clarke A S, Jónsson H J. Chem. Phys. 102 1796 (1995)
  126. Ben-Amotz D, Herschbach D R J. Phys. Chem. 94 1038 (1990)
  127. Brazhkin V V, Lyapin A G High Press. Res. 15 9 (1996)

© Успехи физических наук, 1918–2020
Электронная почта: ufn@ufn.ru Телефоны и адреса редакции О журнале Пользовательское соглашение