Хотя внутреннее строение Земли в целом изучено, остаются неизвестными некоторые особенности конкретных оболочек и суть происходящих в них процессов. Например, не раскрыты многие детали процесса формирования магнитного поля.
Так, известно, что оно создается эффектом гео-динамо, вызванным движением расплавленного железа внешнего ядра вокруг твердого материала внутреннего вследствие вращения планеты и конвекционных токов. Перемещение заряженного расплава создает магнитное поле.
Однако еще не изучена структура ядра и влияние прочих химических элементов, помимо железа, на эффект гео-динамо. Так, сейсмические методы свидетельствуют об их наличии, что не согласуется с результатами моделирования.
Сотрудниками CASUS, HZDR, Sandia National Laboratories и CEA разработан новый метод моделирования для изучения земного ядра. Метод молекулярно-спиновой динамики совмещает методы молекулярной и спиновой динамики, позволяя учитывать атомное поведение и магнитные свойства материалов в условиях экстремальных давлений и температур. В процессе разработки метода для анализа динамического взаимодействия механических и магнитных свойств ученые смоделировали поведение 2 млн атомов железа и спинов. Для определения силовых полей взаимодействий атомов использовался искусственный интеллект.
На готовой модели было осуществлено моделирование ядра путем нагрева и сжатия 2 млн атомов железа.
По результатам оказалось, что при низкой скорости распространения волн давления материал был твердым и имел различные кристаллические структуры, при их ускорении он переходил в жидкое состояние. К тому же установлено влияние на его свойства магнитных эффектов.
По словам ученых, полученные результаты согласуются с экспериментальными данными. Более того, они подтверждают существование теоретически предполагаемой фазы bcc, стабилизирующейся в определенных термодинамических условиях и потенциально влияющей на гео-динамо.
Предполагается, что новый метод способствует развитию геофизических исследований и нейроморфных вычислений.
