Artystyczna koncepcja wewnętrznych warstw Ziemi. Źródło zdjęcia: S. Jacobsen, M. Wysession i G. Caras. Kliknij, aby powiększyć
Niedawno sejsmolodzy zauważyli, że prędkość i kierunek fal sejsmicznych w dolnym płaszczu Ziemi, między 400 a 1800 mil pod powierzchnią, są bardzo różne. „Myślę, że mogliśmy odkryć, dlaczego fale sejsmiczne przemieszczają się tam tak niekonsekwentnie,” stwierdził Jung-Fu Lin. * Lin był w laboratorium geofizycznym w Carnegie Institution w czasie badania i główny autor artykułu opublikowanego w numerze Nature z 21 lipca. Do tego czasu naukowcy uprościli wpływ żelaza na materiały płaszczowe. Jest to najliczniejszy metal przejściowy na świecie, a nasze wyniki nie są zgodne z przewidywaniami naukowców? on kontynuował. „Być może będziemy musieli ponownie rozważyć, co naszym zdaniem dzieje się w tej ukrytej strefie. Jest o wiele bardziej złożony, niż się spodziewaliśmy.
Miażdżące ciśnienia w dolnym płaszczu ściskają atomy i elektrony tak blisko siebie, że oddziałują one inaczej niż w normalnych warunkach, nawet zmuszając wirujące elektrony do parowania się na orbitach. Teoretycznie zachowanie fali sejsmicznej na tych głębokościach może wynikać z efektu nacisku na ściskanie na stan spinowy elektronu żelaza w materiałach o niższym płaszczu. Zespół Lin przeprowadził eksperymenty pod bardzo wysokim ciśnieniem na najbardziej obfitym materiale tlenkowym, magnezie-strycie (Mg, Fe) O, i stwierdził, że zmieniające się stany spinów elektronów żelaza w tym minerale drastycznie wpływają na właściwości sprężyste magnezytu . Badania mogą wyjaśnić złożone anomalie fal sejsmicznych obserwowane w najniższym płaszczu.
Jak współautor badania Viktor Struzhkin, opracował: „Jest to pierwsze badanie wykazujące eksperymentalnie, że elastyczność magnezu znacznie zmienia się pod ciśnieniami płaszcza dolnego w zakresie od ponad 500 000 do 1 miliona razy większym niż ciśnienie na poziomie morza (1 atmosfera ). Uważa się, że magitezyt? Zawierający 20% tlenku żelaza i 80% tlenku magnezu stanowi około 20% objętościowego płaszcza dolnego. Odkryliśmy, że pod wpływem ciśnienia pomiędzy 530 000 a 660 000 atmosfer spin elektronów żelaza zmienił się ze stanu wysokiego spinu (niesparowany) w stan niskiego spinu (sparowany). Monitorując stan wirowania żelaza, mierzyliśmy także szybkość zmian objętości (gęstości) magnezytu poprzez przejście elektronowe. Informacje te pozwoliły nam ustalić, w jaki sposób prędkości sejsmiczne będą się zmieniać w trakcie przejścia.
„Zaskakujące jest to, że masowe fale sejsmiczne przemieszczają się około 15% szybciej po sparowaniu elektronów żelaza z tlenkiem magnezu i żelaza”. skomentował współautor Steven Jacobsen. „Zmierzony skok prędkości w przejściu może zatem być wykrywalny sejsmicznie w głębokim płaszczu.” Eksperymenty przeprowadzono w komorze ciśnieniowej z kowadłem diamentowym przy użyciu intensywnego promieniowania rentgenowskiego w źródle synchrotronowym trzeciej generacji, Argonne National Laboratory niedaleko Chicago.
Nie można pobrać próbki bezpośrednio z tajemniczego regionu dolnego płaszcza. Musimy więc polegać na eksperymentach i teorii. Ponieważ to, co dzieje się we wnętrzu Ziemi, wpływa na dynamikę całej planety, ważne jest, aby dowiedzieć się, co powoduje niezwykłe zachowanie fal sejsmicznych w tym regionie. stwierdził Lin. „Do tej pory ziemscy naukowcy rozumieli wnętrze Ziemi, biorąc pod uwagę tylko czyste tlenki i krzemiany. Nasze wyniki wskazują po prostu, że żelazo, najliczniejszy metal przejściowy na całej Ziemi, daje bardzo złożone właściwości w tym głębokim regionie. Z niecierpliwością czekamy na nasze kolejne eksperymenty, aby zobaczyć, czy możemy udoskonalić nasze rozumienie tego, co się tam dzieje? zakończył.
Oryginalne źródło: Carnegie Institution News Release
