Umetnikova koncepcija notranjih plasti Zemlje. Slika: S. Jacobsen, M. Wysession in G. Caras. Kliknite za povečavo
Pred kratkim so seizmologi opazili, da se hitrost in smer potresnih valov v Zemljinem spodnjem plašču, ki sta med 400 in 1800 miljami pod površjem, zelo razlikujeta. ? Mislim, da smo morda odkrili, zakaj potresni valovi potujejo tako nedosledno tja ,? je dejal Jung-Fu Lin. * Lin je bil v času študije z Geofizikalnim laboratorijem ustanove Carnegie in je bil glavni avtor prispevka, objavljenega v številki Nature, 21. julija. ? Do te raziskave so znanstveniki poenostavili vplive železa na materiale plašč. Je najpogostejša prehodna kovina na planetu in naši rezultati niso tisto, kar so znanstveniki napovedali? je nadaljeval. Morda bomo morali ponovno razmisliti, kaj mislimo, da se dogaja v tej skriti coni. Je veliko bolj zapleten, kot smo si predstavljali.
Pritiski drobljenja v spodnjem plašču stisnejo atome in elektrone tako tesno skupaj, da medsebojno delujejo drugače kot v normalnih pogojih, celo da prisiljajo vrteče se elektrone, da se parijo v orbiti. Teoretično lahko vedenje potresnih valov na teh globinah izhaja iz učinka pritiska v oprijemu elektrona na železo v materialih z nižjo plaščjo. Lin's ekipa je izvedla ultratlačne poskuse na najbolj obilnem oksidnem materialu, magnesiowstite (Mg, Fe) O, in ugotovila, da spreminjajoča se stanja elektrona v železu v tem mineralu drastično vplivajo na elastične lastnosti magnetne stite . Raziskava lahko razloži kompleksne anomalije seizmičnih valov, ki jih opazimo v spodnjem plašču.
Kot je zapisal soavtor študije Viktor Struzhkin: "To je prva študija, ki je eksperimentalno dokazala, da se elastičnost magnesiow-a bistveno spremeni pod tlaki nižjega plašča, ki segajo od več kot 500.000 do 1 milijonkratnega tlaka na ravni morja (1 ozračje ). Verjame se, da Magnesiowstite, ki vsebuje 20% železovega oksida in 80% magnezijevega oksida, predstavlja približno 20% spodnje prostornine. Ugotovili smo, da so pod pritiski med 530.000 in 660.000 atmosfer železovi elektroni zavrteli iz stanja visoko-spina (neparno) v stanje z nizkim spin (spin-up). Medtem ko smo spremljali spiralno stanje železa, smo tudi merili hitrost spreminjanja volumna (gostote) magnesiowite skozi elektronski prehod. Te informacije so nam omogočile, da smo ugotovili, kako se bodo potresne hitrosti spreminjale med prehodom.?
"Presenetljivo, da seizmični valovi v veliki meri potujejo približno 15% hitreje, ko se elektroni železa zavrtijo v magnezijevega železovega oksida ,? komentiral soavtor Steven Jacobsen. "Torej lahko izmerjeni skok hitrosti čez prehod zaznamo potresno v globokem plašču." Poskusi so bili izvedeni v diamantni tlačni celici z diamantnimi nakovanci z uporabo intenzivnega svetlobnega vira rentgenskih žarkov v nacionalnem viru sinhrotronov tretje generacije, Nacionalni laboratorij Argonne blizu Chicaga.
"Skrivnostne spodnje odeje ni mogoče neposredno vzorčiti. Zato se moramo zanašati na eksperimentiranje in teorijo. Ker to, kar se dogaja v Zemljini notranjosti, vpliva na dinamiko celotnega planeta, je pomembno, da ugotovimo, kaj povzroča nenavadno vedenje potresnih valov v tej regiji,? je navedel Lin. "Do zdaj so zemeljski znanstveniki razumeli Zemljino notranjost samo ob upoštevanju čistih oksidov in silikatov. Naši rezultati preprosto poudarjajo, da železo, najbolj obilna prehodna kovina na celotni Zemlji, povzroča zelo zapletene lastnosti v tem globokem območju. Veselimo se naših naslednjih poskusov, da vidimo, ali bomo lahko izboljšali svoje razumevanje dogajanja tam? je sklenil.
Izvirni vir: Carnegie Institution News Release
