Lehet, hogy a Föld feladta legbelsőbb titkait egy pár kaliforniai geokémikusnak, akik kiterjedt számítógépes szimulációkkal készítették össze a bolygónk legkorábbi történetét.
A Föld kéregének és köpenyének ez a vázlata bemutatja kutatásukat, amelyek szerint a szélsőséges nyomások a vas nehezebb izotópjaira koncentrálhatták volna a köpeny alja közelében, amikor a magma óceánjából kikristályosodott volna.
A két tudós - a Davis-i Kaliforniai Egyetemen a szuperszámítógép segítségével a vastartalmú ásványok gyakorlati sajtolásához és melegítéséhez olyan körülmények között, amelyek akkor álltak volna fenn, ha a Föld a magma óceánjáról szilárd formájúvá kristályosodott volna 4,5 milliárd évvel ezelőtt. - elkészítették az első képet arról, hogy a vas különböző izotópjai miként terjedtek először a szilárd földön.
A felfedezés bevezetheti a Föld köpenyének - egy 1800 mérföld mélyen fekvő anyagrétegének - a Föld köpenyének alakulásától kezdve egészen a fém magjáig terjedő - vizsgálati hullámát.
"Most, hogy van valami elképzelésünk arról, hogy ezeknek a vas izotópoknak az eredeti eloszlása a Földön" - mondta James Rustad vezető tanulmány szerzője - "az izotópokat ki kell használni képesek a Föld motorjának belső működésének felkutatására."
A napló online közzétette egy dokumentumot, amely leírja Rustad és Qing-zhu Yin társszerző tanulmányátTermészettudomány június 14-én, vasárnap, a júliusi nyomtatott kiadvány előtt.
A földkéreg és a mag között fekve, a hatalmas köpeny a bolygó térfogatának körülbelül 85% -át teszi ki. Emberi idő szempontjából gömbünk ez a hatalmas része szilárdnak tűnik. Több millió év alatt az olvadt mag hője és a köpeny saját radioaktív bomlása miatt lassan forrni kezd, mint egy vastag leves alacsony lángon. Ez a keringés mozgatja a tektonikus lemezek felszíni mozgását, amely hegyeket épít és földrengéseket okoz.
Ennek a viszkózus tömegnek a fizikájába való betekintést nyújtó információ egyik forrása a vas négy stabil formája vagy izotópja, amelyek megtalálhatók a Föld felszínére emelkedő kőzetekben az óceán hegygerincei közepén, ahol a tengerfenék terjedése történik, és a hotspotokban. mint a Hawaii vulkánjai, amelyek a földkéregben rohannak fel. A geológusok azt gyanítják, hogy ennek az anyagnak egy része a köpeny és a mag közötti határon származik, mintegy 1800 mérföldes a felszín alatt.
"A geológusok izotópokat használnak a fizikai-kémiai folyamatok nyomon követésére a természetben, ahogyan a biológusok a DNS-t használják az élet fejlődésének nyomon követésére" - mondta Yin.
Mivel a kőzetben lévő vas-izotópok összetétele a kőzet létrejöttének nyomásától és hőmérsékleti viszonyától függően változhat, Yin elmondta, hogy a geológusok elvileg a vas izotópjait használhatják a sziklaszigetekben, amelyeket a világ forró pontjain gyűjtöttek a köpeny geológiai történelemének nyomon követésére. . De ahhoz, hogy ezt megtegyék, először tudniuk kell, hogy az izotópok hogyan terjedtek eredetileg a Föld ősi magma-óceánjában, amikor az lehűlt és megszilárdult.
Yin és Rustad megvizsgálta, hogy a mély földön belüli szélsőséges nyomás és hőmérséklet egymással versengő hatásai befolyásolhatták az alsó köpeny ásványait, amely a bolygó kéregének körülbelül 400 mérföldes körzetétől a mag-köpeny határáig terjedő zóna. A régióban a 4500 kelvin-fokos hőmérsékletig miniszekuláris szintre csökkenthetők az ásványok izotópos különbségei, miközben az összetörési nyomás maga a vas-atom alapformáját változtatja meg - ezt a jelenséget elektronikus spin-átmenetnek hívják.
A pár kiszámította két ásványi anyag izomerének vas-izotóp-összetételét olyan hőmérsékleti tartományban, nyomáson és különböző elektronikus centrifugálási állapotokon, amelyekről jelenleg ismert az alsó köpeny. A két ásvány, a ferroperovskite és a ferropericlase, gyakorlatilag az összes vasat tartalmazza, amely a Föld ezen a mély részén fordul elő.
A számítások annyira bonyolultak voltak, hogy Rustad és Yin minden sorozatát a számítógépen futtatta, amelynek teljesítéséhez egy hónapra volt szükség.
Yin és Rustad megállapította, hogy a szélsőséges nyomás a vas nehezebb izotópjaira koncentrálhatja a kristályosodó köpeny alját.
A kutatók azt tervezik, hogy dokumentálják a vas-izotópok változásait a tiszta vegyi anyagokban, amelyeknek a laboratóriumi hőmérséklete és nyomása megegyezik azzal, amely megegyezik a mag-köpeny határánál tapasztaltakkal. Végül, Yin mondta, remélik, hogy elméleti előrejelzéseiket igazolják az alsó köpenyből előállított geológiai mintákban.
Forrás: Eurekalert
