Umělecké pojetí vnitřních vrstev Země. Obrazový kredit: S. Jacobsen, M. Wysession a G. Caras. Klikni pro zvětšení
V poslední době pozorovali seismologové, že rychlost a směr seismických vln v dolním plášti Země, mezi 400 a 1 800 mil pod povrchem, se ohromně liší. "Myslím, že jsme možná objevili, proč se seismické vlny tam tak nekonzistentně pohybují," uvedl Jung-Fu Lin. * Lin byl v době studie v Geofyzikální laboratoři Carnegieho ústavu a hlavní autor článku publikovaného v 21. červenci, vydání časopisu Nature. Až do tohoto výzkumu vědci zjednodušili účinky železa na materiály plášťů. Je to nejhojnější přechodný kov na naší planetě a naše výsledky nejsou to, co vědci předpověděli ,? pokračoval. „Možná budeme muset přehodnotit, co si myslíme, že se děje v této skryté zóně. Je to mnohem složitější, než jsme si mysleli.
Drtící tlaky v atomech a elektronech dolních plášťů stlačují tak těsně spolu, že interagují odlišně od normálních podmínek, dokonce nutí spřádající se elektrony, aby se spárovaly na oběžné dráze. Teoreticky může chování seismických vln v těchto hloubkách vyplývat z efektu svěrácího tlaku na elektronový spinový stav železa v materiálech s nižším pláštěm. Linův tým provedl ultravysokotlaké experimenty s nejhojnějším oxidovým materiálem, magnezitovým iontem (Mg, Fe) O, a zjistil, že měnící se stavy elektronového spinu železa v tomto minerálu drasticky ovlivňují elastické vlastnosti magnezitu? . Výzkum může vysvětlit složité anomálie seismických vln pozorované v nejspodnějším plášti.
Jak spoluautor studie vypracoval Viktor Struzhkin: „Toto je první studie, která experimentálně demonstruje, že se elasticita magnezitu výrazně mění pod tlakem v dolních pláštích v rozmezí od 500 000 do 1 milionnásobku tlaku na hladině moře (1 atmosféra) ). Má se za to, že magnesiow-stite, obsahující 20% oxidu železa a 80% oxidu hořečnatého, tvoří zhruba 20% objemu spodního pláště. Zjistili jsme, že když jsou vystaveny tlakům mezi 530 000 a 660 000 atmosférami, rotace železných elektronů přešla ze stavu vysokého spinu (nepárový) do stavu nízkého spinu (spárovaný pár). Při sledování točivého stavu železa jsme také měřili rychlost změny v objemu (hustotě) magnezitu prostřednictvím elektronického přechodu. Tyto informace nám umožnily určit, jak se seismické rychlosti mění během přechodu.?
„Překvapivě se objemové seismické vlny pohybují asi o 15% rychleji, jakmile jsou elektrony železa spřaženy v oxidu hořečnatého a železa?“ komentoval spoluautor Steven Jacobsen. „Naměřený skok rychlosti přes přechod může být proto v hlubokém plášti detekovatelný seismicky.“ Experimenty byly prováděny uvnitř tlakové cely diamant-kovadlina pomocí intenzivního zdroje rentgenového světla v národním synchrotronovém zdroji třetí generace v Argonne National Laboratory nedaleko Chicaga.
„Záhadnou oblast spodního pláště nelze přímo odebrat. Musíme se tedy spoléhat na experimentování a teorii. Protože to, co se děje v interiéru Země, ovlivňuje dynamiku celé planety, je pro nás důležité zjistit, co způsobuje neobvyklé chování seismických vln v této oblasti ,? uvedl Lin. „Až dosud vědci o Zemi chápali pozemský interiér poukazováním pouze na čisté oxidy a křemičitany. Naše výsledky jednoduše poukazují na to, že železo, nejhojnější přechodný kov na celé Zemi, vytváří v této hluboké oblasti velmi komplexní vlastnosti. Těšíme se na další experimenty, abychom zjistili, zda dokážeme vylepšit naše chápání toho, co se tam děje ,? uzavřel.
Původní zdroj: Carnegie Institution News Release
