Země se možná vzdala svých nejvnitřnějších tajemství dvojici kalifornských geochemistů, kteří pomocí rozsáhlých počítačových simulací spojili nejranější historii jádra naší planety.
Toto schéma zemské kůry a pláště ukazuje výsledky jejich studie, která zjistila, že extrémní tlaky by soustředily těžší izotopy železa blízko spodku pláště, když krystalizovala z oceánu magmatu.
Použitím superpočítače k doslova stlačení a zahřátí minerálů obsahujících železo za podmínek, které by existovaly, když Země krystalizovala z oceánu magmatu do své pevné formy před 4,5 miliardami let, dva vědci - z Kalifornské univerzity v Davisu - vytvořili první obrázek o tom, jak byly různé izotopy železa původně distribuovány v pevné Zemi.
Tento objev by mohl naznačit vlnu zkoumání vývoje zemského pláště, vrstvy materiálu asi 1 800 mil hluboké, která sahá od těsně pod tenkou kůží planety po její kovové jádro.
"Nyní, když máme nějakou představu o tom, jak byly tyto izotopy železa původně distribuovány na Zemi," uvedl autor hlavní studie James Rustad, "měli bychom být schopni použít izotopy ke sledování vnitřního fungování zemského motoru."
Časopis zveřejnil online příspěvek, který popisuje studii Rustada a spoluautora Qing-zhu YinaPříroda Geoscience v neděli 14. června, před tištěnou publikací v červenci.
Obrovský plášť, vložený mezi zemskou kůru a jádro, představuje asi 85 procent objemu planety. V lidském časovém měřítku se tato obrovská část naší koule jeví jako pevná. Ale za miliony let vedlo teplo z roztaveného jádra a vlastní radioaktivní rozpad pláště k pomalému víření, jako hustá polévka nad nízkým plamenem. Tato cirkulace je hnací silou za povrchovým pohybem tektonických desek, které staví hory a způsobují zemětřesení.
Jedním zdrojem informací poskytujících vhled do fyziky této viskózní hmoty jsou čtyři stabilní formy nebo izotopy železa, které se nacházejí ve skalách, které se zvedly na zemský povrch na středních oceánských hřebenech, kde dochází k šíření mořského dna, a na hotspotech. jako Havajské sopky, které vyrazí zemskou kůrou. Geologové mají podezření, že část tohoto materiálu pochází z hranice mezi pláštěm a jádrem asi 1 800 mil pod povrchem.
"Geologové používají izotopy ke sledování fyzikálně-chemických procesů v přírodě, jak biologové používají DNA ke sledování vývoje života," řekl Yin.
Protože složení izotopů železa v horninách se bude lišit v závislosti na tlakových a teplotních podmínkách, za nichž byla hornina vytvořena, Yin řekl, že geologové by v zásadě mohli geologové využít izotopy železa ve horninách shromážděných na horkých místech po celém světě ke sledování geologické historie pláště . Aby to však mohli udělat, museli by nejprve vědět, jak byly izotopy původně distribuovány v prvotním magmatickém oceánu Země, když se ochladila a ztvrdla.
Yin a Rustad zkoumali, jak by konkurenční účinky extrémního tlaku a teploty hluboko ve vnitřku Země ovlivnily minerály ve spodním plášti, zóně, která sahá od asi 400 mil pod kůru planety k hranici jádra a pláště. Teploty až do 4 500 stupňů Kelvina v oblasti snižují izotopové rozdíly mezi minerály na minimální úroveň, zatímco tlaky drcení mají tendenci měnit základní formu samotného atomu železa, což je fenomén známý jako elektronický spinový přechod.
Dvojice vypočítala složení izotopů železa dvou minerálů za různých teplot, tlaků a různých stavů elektronového spinu, o kterých je známo, že se vyskytují ve spodním plášti. Dva minerály, ferroperovskit a ferropericlasa, obsahují prakticky veškeré železo, které se vyskytuje v této hluboké části Země.
Výpočty byly tak složité, že každá série Rustad a Yin, která proběhla počítačem, vyžadovala dokončení měsíce.
Yin a Rustad určili, že extrémní tlaky by soustředily těžší izotopy železa blízko dna krystalizujícího pláště.
Vědci plánují dokumentovat změnu izotopů železa v čistých chemikáliích vystavených teplotám a tlakům v laboratoři, které jsou ekvivalentní těm, které se nacházejí na hranici jádro-plášť. Nakonec Yin řekl, že doufají, že jejich teoretické předpovědi budou ověřeny v geologických vzorcích generovaných z dolního pláště.
Zdroj: Eurekalert
