Kunstnerens opfattelse af Jordens indre lag. Billedkredit: S. Jacobsen, M. Wysession og G. Caras. Klik for at forstørre
For nylig har seismologer observeret, at hastigheden og retningen for seismiske bølger i Jordens nedre mantel, mellem 400 og 1.800 mil under overfladen, varierer enormt. ? Jeg tror, vi måske har opdaget, hvorfor de seismiske bølger rejser så inkonsekvent der ,? sagde Jung-Fu Lin. * Lin var hos Carnegie Institution? s Geophysical Laboratory på tidspunktet for undersøgelsen og hovedforfatter af papiret, der blev offentliggjort i 21. juli, nummeret af Nature. ? Indtil denne forskning har forskere forenklet jernens virkning på mantelmaterialer. Det er det mest rigelige overgangsmetal på planeten, og vores resultater er ikke, hvad forskere har forudsagt ,? fortsatte han. ? Vi er muligvis nødt til at overveje, hvad vi tror, der foregår i den skjulte zone. Det er meget mere komplekst, end vi forestillede os.?
Knusetrykket i den nedre mantel klemmer atomer og elektroner så tæt sammen, at de samvirker forskelligt fra under normale forhold, og tvinger endda spindeelektroner til at koble sig sammen i kredsløb. I teorien kan seismisk bølgemæssig adfærd på disse dybder være resultatet af den visstgribende trykeffekt på elektronens spin-tilstand af jern i materialer med lavere kappe. Lin's team udførte ultrahøjtrykseksperimenter på det mest rigelige oxidmateriale der, magnesiow? Stite (Mg, Fe) O, og fandt, at de skiftende elektronspindtilstande af jern i dette mineral drastisk påvirker de elastiske egenskaber af magnesiow? Stite . Forskningen kan muligvis forklare de komplekse seismiske bølgeavvik, der er observeret i den nederste mantel.
Som medforfatter til undersøgelsen uddybede Viktor Struzhkin:? Dette er den første undersøgelse, der eksperimentelt demonstrerer, at elasticiteten af magnesiow? Stite signifikant ændres under lavere manteltryk fra over 500.000 til 1 million gange trykket ved havoverfladen (1 atmosfære ). Magnesiow-stite, der indeholder 20% jernoxid og 80% magnesiumoxid, antages at udgøre omtrent 20% af den nedre mantel i volumen. Vi fandt, at når jernets elektronspins blev udsat for et tryk mellem 530.000 og 660.000 atmosfærer, fra en høj-spin-tilstand (ikke-parret) til en lav-spin-tilstand (spin-parret). Mens vi overvågede spin-state af jern, målte vi også ændringshastigheden i volumen (densitet) af magnesiow-stite gennem den elektroniske overgang. Disse oplysninger gjorde det muligt for os at bestemme, hvordan seismiske hastigheder vil variere på tværs af overgangen.?
? Overraskende nok flyver seismiske bølger omkring 15% hurtigere, når jernelektronerne er centrifugeret i magnesium-jernoxid ,? kommenterede medforfatter Steven Jacobsen. ? Det målte hastighedsspring over overgangen kan derfor være seismisk i den dybe mantel.? Eksperimenterne blev udført inde i en diamant-ambolt-pressecelle ved hjælp af den intense røntgenlyskilde ved landets tredje generation af synchrotronkilde, Argonne National Laboratory nær Chicago.
? Den mystiske lavere mantelregion kan ikke samples direkte. Så vi er nødt til at stole på eksperimentering og teori. Da hvad der sker i Jordens indre påvirker dynamikken på hele planeten, er det vigtigt for os at finde ud af, hvad der forårsager seismiske bølger i den region, der er usædvanlig? sagde Lin. ? Indtil nu har jordforskere forstået Jordens indre ved kun at overveje rene oxider og silikater. Vores resultater påpeger simpelthen, at jern, det mest rigelige overgangsmetall gennem hele Jorden, giver anledning til meget komplekse egenskaber i det dybe område. Vi ser frem til vores næste eksperimenter for at se, om vi kan forbedre vores forståelse af, hvad der sker der ,? konkluderede han.
Original kilde: Carnegie Institution News Release
