Nauji atradimai rodo, kad daugelis geosistemų turi labai paprastų idėjų apie Žemės vidų

Šiuo metu suprantama, kad cheminė Žemės mantijos sudėtis yra gana vienalytė. Tačiau ETH tyrėjų atlikti eksperimentai dabar rodo, kad ši nuomonė yra labai paprasta. Jų rezultatai padės išspręsti pagrindinę geotechnikos problemą ir kelti naujų klausimų.

Visada yra vietų, kurias galime padaryti. Žemės interjeras yra vienas iš jų. Bet mes turime būdų neįsivaizduoti šio pasaulio. Pavyzdžiui, seisminės bangos leidžia mums reikšmingai apriboti mūsų planetos struktūrą ir joje paslėptų medžiagų fizines savybes. Kai kuriose Žemės vietose yra giliai iš vidaus susiformavusių vulkaninių uolienų, suteikiančių svarbios informacijos apie cheminę mantijos sudėtį. Galiausiai yra laboratorinių eksperimentų, kurie gali nedideliu mastu imituoti Žemės vidaus sąlygas.

Naujas leidimas, kurį neseniai paskelbė eksperimentinės mineralinės fizikos profesorius Motohiko Murakami ir jo komanda žurnale PNAS ir parodo, kokia puiki gali būti tokia patirtis. Tyrėjų išvados rodo, kad daugelio geosistemų supratimas apie Žemės vidų gali būti labai paprastas.

Bandomasis masyvas žemės gelmėse

ETH tyrėjai naudoja sudėtingą bandymų masyvą, kad išbandytų uolienų judėjimą Žemės viduje. Pavyzdys yra bloke, esančiame nuotraukos centre. Autorius: M. Murakami, ETH Ciurichas

Staigus pokytis

Jos mantija yra po žemės pluta, kurios storis yra vos keli kilometrai. Jis taip pat pagamintas iš akmens ir supa mūsų planetos šerdį, kuri prasideda 2900 kilometrų žemiau mūsų. Dėl seisminių signalų mes žinome, kad 660 kilometrų gylyje staiga pasikeičia mantija: čia viršutinė mantija susiduria su apatine mantija ir uolos mechaninės savybės pradeda skirtis, todėl seisminių bangų sklidimo greitis šioje riboje labai pasikeičia. išlaidos

Nežinoma, ar tai yra tiesiog fizinė riba, ar per šį laiką keičiasi ir akmens cheminė sudėtis. Daugelis geosistemų daro prielaidą, kad Žemės apvalkalą paprastai sudaro daug magnio turinčios uolienos, kurios savo ruožtu yra panašios į Žemėje randamų peridotito uolienų. Nuo viršutinės mantijos, pasiekusios Žemę dėl tokių įvykių kaip ugnikalnio išsiveržimai, šių ambasadorių magnio ir silicio santykis yra ~ 1,3.

“Prielaida, kad Žemės mantijos sudėtis bus daugiau ar mažiau vienalytė, grindžiama gana paprasta hipoteze”, – paaiškina Murakami. “Būtent stiprios konvekcinės srovės neigiamajame taip pat kontroliuoja tektoninių plokščių judėjimą Žemėje, nuolat jį maišydamos. Tačiau ši nuomonė gali būti labai paprasta.”

Kur yra silicis?

Iš tikrųjų yra esminis šios hipotezės trūkumas. Apskritai sutariama, kad Žemė susiformavo maždaug prieš 4,5 milijardo metų dauginant meteoritų, kurie susidarė iš pirmapradžio Saulės ūko, todėl bendra meteoritų sudėtis buvo tokia pati. Žemės diferenciacija į branduolį, mantiją ir plutą įvyko dalyje antrosios fazės.

Atmetus geležį ir nikelį, kurie dabar yra planetos šerdies dalis, mantijoje turi būti daugiau silicio nei peridotito uolienoje. Remiantis šiais skaičiavimais, apvalkalo magnio ir silicio santykis turėtų būti artimas ~ 1, o ne ~ 1,3.

Tai skatina geologus užduoti klausimą: kur yra pamestas silicis? Ir yra neabejotinas atsakymas: Žemės mantijoje yra labai mažai silicio, nes jis yra Žemės šerdyje. Bet Murakamis prieina kitokios išvados, tai yra apatinėje silicio dalyje. Tai reiškia, kad apatinės mantijos sudėtis skiriasi nuo viršutinės.

Suspaudimo raštas „Caddy“

Du deimantai, išspaudžiantys modelį, yra šio modelio caddy centre. Varžtų tvirtinimas sukuria slėgį, panašų į slėgį apatinės mantijos viduje. Autorius: M. Murakami, ETH Ciurichas

Pasirinkta hipotezė

Murakami hipotezė daro keletą posūkių: Pirma, mes tiksliai žinome, kaip greitai seisminės bangos keliauja per mantiją. Antra, laboratoriniai eksperimentai rodo, kad apatinė mantija susideda daugiausia iš silicio turinčio bridgmanito mineralo ir daug magnio turinčio ferroperiklazės mineralo. Trečia, mes žinome, kad seisminių bangų sklidimo greitis priklauso nuo uolą sudarančių mineralų elastingumo. Taigi, jei žinomos dviejų mineralų elastinės savybės, galima apskaičiuoti kiekvieno mineralo santykius, reikalingus koreliacijai su pastebėtu seisminių bangų greičiu. Tada galima sužinoti, kokia turėtų būti apatinės mantijos cheminė sudėtis.

Nors ferroperiklazės elastinės savybės yra žinomos, bridgmanito savybės dar nėra žinomos. Taip yra todėl, kad šio mineralo elastingumas labai priklauso nuo jo cheminės sudėties; tiksliau, tai priklauso nuo to, kiek geležies yra bridgmanite.

Akmuo tarp deimanto galiukų

Eksperimento metu akmens pavyzdžiai buvo įspausti tarp dviejų deimantinių antgalių. Apytiksliai išmatuojami deimantų antgaliai. 0,1 mm. Autorius: M. Murakami, ETH Ciurichas

Daug laiko reikalaujantys matavimai

Savo laboratorijoje Murakami ir jo komanda dabar atliko šio mineralo aukšto slėgio bandymus ir eksperimentavo su įvairiomis kompozicijomis. Tyrėjai pradėjo paspausdami nedidelį mėginį tarp dviejų deimantinių antgalių ir naudodami specialų įtaisą jiems pritvirtinti. Tai paveikė mėginį labai aukštu slėgiu, kaip apatinėje mantijoje.

Rastas silicis

Tada Murakami naudojo matavimo reikšmes, kad modeliuotų kompoziciją, geriausiai susijusią su seisminių bangų sklidimu. Rezultatai patvirtina jo teoriją, kad apatinės mantijos sudėtis skiriasi nuo viršutinės. “Mes apskaičiavome, kad bridgmanitas sudaro 88-93 procentus apatinės mantijos”, – sakė Murakami, “o tai regionui suteikia apie 1,1 magnio ir silicio santykį”. Murakami hipotezė išsprendžia prarasto silicio paslaptį.

Tačiau jo išvados kelia naujų klausimų. Pavyzdžiui, yra žinoma, kad subdukcijos zonose Žemės pluta giliai įsiskverbia į mantiją – kartais net iki šerdies ribos. Tai reiškia, kad viršutinė ir apatinė mantijos iš tikrųjų nėra hermetiškai uždarytos būtybės. Kaip sąveikauja du laukai ir kaip tiksliai veikia Žemės vidinė dinamika, gaminant chemiškai skirtingus mantijos regionus.

Nuorodos: „Eksperimentiniai įrodymai su silicio praturtinta žemutine mantija geležimi dominuojančiu bridgemanitu“, – Izumi Machine, Motohiko Murakami, Nobuyoshi Miyajima ir Silvan Petitgirard, 2020 m. Spalio 22 d., Nacionalinės mokslų akademijos medžiaga.
DOI: 10.1073 / pnas.1917096117

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Naujos biologiškai įkvėptų, šviesą sugeriančių nanomedžiagų klasės sintezė

POSS-peptoido molekulės savaime susirenka į romboidinius nanokristalus. Paskola Stephanie King iliustracija Ramiojo vandenyno šiaurės vakarų nacionalinė laboratorija Gamtos įkvėpti Ramiojo vandenyno šiaurės...

Omega-3 derinimas su liaudies papildais gali pakenkti širdžiai

Gydytojai dažnai rekomenduoja omega-3, kurie padeda pacientams sumažinti cholesterolio kiekį ir pagerinti širdies sveikatą. Šie omega-3 gali būti iš riebių žuvų, tokių kaip...

Paviršių poveikis ploniems atominiams puslaidininkiams

Naudodami ultravioletinius spindulius, tyrėjai ištyrė 2-D puslaidininkių (violetinių) elektronines charakteristikas, nes duomenų žemėlapyje padidėja substrato sluoksnių (žalių) skaičius. Raudonas apskritimas žymi elektronines savybes, kurios...

Norėdami pagreitinti atradimą, didelio matmens infraraudonųjų spindulių mikroskopija išeina iš tinklelio

Plytelių rašto, naudojamo skenuoti C. elegans apvalųjį kirminą, pavyzdys. Netinklinis modelis suteikia atrankos algoritmui didesnį lankstumą greitai panaudojant dominančias sritis. Autoriai: Elizabeth...

Neįprastai vykdant pandemiją ir branduolinę gynybą galima apsaugoti žmones nuo nelaimių

Paleiskite „SM-3 Block IB“ perėmėją iš raketinio kreiserio „USS Lake Erie“ (CG 70). Kreditas: JAV karinis jūrų laivynas Gyvenimas Žemėje gali smarkiai ir greitai...

Newsletter

Subscribe to stay updated.