Umelcove poňatie vnútorných vrstiev Zeme. Obrazový kredit: S. Jacobsen, M. Wysession a G. Caras. klikni na zväčšenie
Seizmológovia nedávno zistili, že rýchlosť a smer seizmických vĺn v dolnom plášti Zeme, medzi 400 a 1800 míľ pod povrchom, sa výrazne líšia. „Myslím, že sme možno zistili, prečo seizmické vlny tam cestujú tak nekonzistentne,“ uviedol Jung-Fu Lin. * Lin bol v čase štúdie v Geofyzikálnom laboratóriu Carnegieho inštitúcie a bol hlavným autorom článku uverejneného v 21. júli, vydanie časopisu Nature. Až do tohto výskumu vedci zjednodušili účinky železa na materiály plášťa. Je to najbohatší prechodný kov na planéte a naše výsledky nie sú to, čo vedci predpovedali. pokračoval. „Možno budeme musieť znova zvážiť, čo si myslíme, že sa deje v tejto skrytej zóne. Je to oveľa zložitejšie, ako sme si predstavovali.
Drviace tlaky v atómoch stlačených dolných plášťov a elektrónoch tak úzko spolu, že interagujú odlišne od bežných podmienok, dokonca donútia spriadajúce elektróny, aby sa párovali na obežných dráhach. Teoreticky môže správanie seizmických vĺn v týchto hĺbkach vyplývať z efektu priťahovacieho tlaku na elektrónový spinový stav železa v materiáloch s nižším plášťom. Linov tím uskutočňoval ultra-vysokotlakové experimenty s najhojnejším oxidovým materiálom, magnezitovým (Mg, Fe) O, a zistil, že meniace sa stavy elektrónového spinu železa v tomto mineráli drasticky ovplyvňujú elastické vlastnosti magnezitu. , Výskum môže vysvetliť zložité anomálie seizmických vĺn pozorované v dolnom plášti.
Ako spoluautor štúdie Viktor Struzhkin vypracoval: „Toto je prvá štúdia, ktorá experimentálne demonštruje, že elasticita magnezitu sa významne mení pod tlakom nižších plášťov v rozmedzí od 500 000 do 1 milióna násobku tlaku na hladine mora (1 atmosféra) ). Má sa za to, že magnézium-stearát obsahujúci 20% oxidu železa a 80% oxidu horečnatého tvorí zhruba 20% objemu dolného plášťa. Zistili sme, že keď sú železné elektrónové točenia vystavené tlakom medzi 530 000 a 660 000 atmosfér, prešli z stavu vysokej rotácie (nespárované) do stavu nízkej rotácie (spárované). Pri monitorovaní spinového stavu železa sme tiež merali rýchlosť zmeny objemu (hustoty) magnezitu pomocou elektronického prechodu. Táto informácia nám umožnila určiť, ako sa budú seizmické rýchlosti meniť počas prechodu.?
„Prekvapivo sa objemové seizmické vlny pohybujú asi o 15% rýchlejšie, keď sa elektróny železa spárujú v oxide horečnatom a železitom.“ komentoval spoluautor Steven Jacobsen. „Nameraný skok rýchlosti cez prechod môže byť preto v hlbokom plášti detekovateľný seizmicky.“ Experimenty sa uskutočňovali vo vnútri tlakovej komory s kosoštvorcovou kovadlinou s použitím intenzívneho zdroja röntgenového žiarenia v synchrotrónovom zdroji tretej generácie, Argonne National Laboratory blízko Chicaga.
„Záhadnú oblasť spodného plášťa nemožno priamo odobrať. Musíme sa teda spoliehať na experimentovanie a teóriu. Pretože to, čo sa deje v Zeme, ovplyvňuje dynamiku celej planéty, je pre nás dôležité zistiť, čo spôsobuje neobvyklé správanie seizmických vĺn v tejto oblasti ,? uviedol Lin. „Až doteraz vedci zeme chápali Zemský interiér iba zvažovaním čistých oxidov a kremičitanov. Naše výsledky jednoducho poukazujú na to, že železo, najhojnejší prechodný kov na celej Zemi, vedie v tejto hlbokej oblasti k veľmi komplexným vlastnostiam. Tešíme sa na naše ďalšie experimenty, aby sme zistili, či dokážeme vylepšiť naše chápanie toho, čo sa tam deje ,? uzavrel.
Pôvodný zdroj: Carnegie Institution News Release
