Zem sa mohla vzdať svojich najvnútornejších tajomstiev pre pár kalifornských geochemistov, ktorí použili rozsiahle počítačové simulácie na zostavenie najskoršej histórie jadra našej planéty.
Táto schéma zemskej kôry a plášťa ukazuje výsledky ich štúdie, ktorá zistila, že extrémne tlaky by sústredili ťažšie izotopy železa blízko spodnej časti plášťa, keď kryštalizoval z oceánu magmy.
Použitím superpočítača na stlačenie a zahriatie minerálov obsahujúcich železo za podmienok, ktoré by existovali, keď by Zem kryštalizovala z oceánu magmy na svoju pevnú formu pred 4,5 miliardami rokov, dvaja vedci - z Kalifornskej univerzity v Davise. - urobili prvý obrázok o tom, ako boli rôzne izotopy železa pôvodne distribuované v pevnej Zemi.
Tento objav by mohol naznačiť vlnu skúmania vývoja zemského plášťa, vrstvy materiálu asi 1 800 míľ hlbokej, ktorá siaha od tesne pod tenkou kôrou planéty po jej kovové jadro.
"Teraz, keď máme nejakú predstavu o tom, ako boli tieto izotopy železa pôvodne distribuované na Zemi," uviedol autor hlavnej štúdie James Rustad, "mali by sme byť schopní použiť izotopy na sledovanie vnútorných funkcií zemského motora."
Časopis zverejnil online dokument, ktorý opisuje štúdiu Rustada a spoluautora Qing-zhu YinaNature Geoscience v nedeľu 14. júna pred tlačovou publikáciou v júli.
Obrovský plášť, ktorý je vložený medzi zemskú kôru a jadro, predstavuje asi 85 percent objemu planéty. V ľudskom časovom meradle sa táto obrovská časť našej gule javí ako pevná. Ale za milióny rokov teplo z roztaveného jadra a vlastného rádioaktívneho rozpadu plášťa spôsobujú, že sa pomaly prekypuje, ako hustá polievka nad nízkym plameňom. Táto cirkulácia je hnacou silou za povrchovým pohybom tektonických platní, ktoré vytvárajú hory a spôsobujú zemetrasenie.
Jedným zdrojom informácií, ktorý umožňuje nahliadnuť do fyziky tejto viskóznej hmoty, sú štyri stabilné formy alebo izotopy železa, ktoré sa nachádzajú v horninách, ktoré stúpali na zemský povrch na vyvýšeniach stredného oceánu, kde dochádza k šíreniu morského dna, a na hotspotoch. ako Havajské sopky, ktoré sa vrhajú do zemskej kôry. Geológovia majú podozrenie, že časť tohto materiálu pochádza z rozhrania medzi plášťom a jadrom asi 1 800 míľ pod povrchom.
"Geológovia používajú izotopy na sledovanie fyzikálno-chemických procesov v prírode, ako biológovia používajú DNA na sledovanie vývoja života," povedal Yin.
Pretože zloženie izotopov železa v horninách sa bude líšiť v závislosti na tlakových a teplotných podmienkach, za ktorých bola hornina vytvorená, povedal Yin. Geológovia by v zásade mohli používať geologické izotopy železa v horninách zhromaždených na horúcich miestach po celom svete na sledovanie geologickej histórie plášťa. , Aby to však mohli urobiť, museli by najprv vedieť, ako boli izotopy pôvodne distribuované v prvotnom magmatickom oceáne Zeme, keď ochladili a stvrdli.
Yin a Rustad skúmali, ako by konkurenčné účinky extrémneho tlaku a teploty hlboko vo vnútri Zeme ovplyvnili minerály v dolnom plášti, zóne, ktorá siaha od asi 400 míľ pod kôrou planéty po hranicu jadro-plášť. Teploty do 4 500 stupňov Kelvina v tejto oblasti znižujú izotopové rozdiely medzi minerálmi na minimálnu úroveň, zatiaľ čo tlakové tlaky majú tendenciu meniť základnú formu samotného atómu železa, jav, ktorý sa nazýva elektronický spinový prechod.
Dvojica vypočítala zloženie izotopov železa z dvoch minerálov pri rôznych teplotách, tlakoch a rôznych stavoch elektronického odstreďovania, o ktorých je známe, že sa vyskytujú v dolnom plášti. Tieto dva minerály, ferroperovskit a ferropericláza, obsahujú prakticky celé železo, ktoré sa vyskytuje v tejto hlbokej časti Zeme.
Výpočty boli také zložité, že každá séria Rustad a Yin, ktorá prešla počítačom, vyžadovala dokončenie jedného mesiaca.
Yin a Rustad určili, že extrémne tlaky by sústredili ťažšie izotopy železa blízko spodku kryštalizačného plášťa.
Vedci plánujú dokumentovať zmeny izotopov železa v čistých chemikáliách vystavených teplotám a tlakom v laboratóriu, ktoré sú rovnocenné s tými, ktoré sa nachádzajú na hranici jadra plášťa. Nakoniec Yin povedal, že dúfa, že ich teoretické predpovede budú overené v geologických vzorkách vytvorených z dolného plášťa.
zdroj: Eurekalert
