Kunstnerens oppfatning av jordas indre lag. Bildekreditt: S. Jacobsen, M. Wysession, og G. Caras. Klikk for å forstørre
Nylig har seismologer observert at hastigheten og retningen til seismiske bølger i jordas nedre mantel, mellom 400 og 1800 mil under overflaten, varierer enormt. ? Jeg tror vi kanskje har oppdaget hvorfor de seismiske bølgene reiser så inkonsekvent dit ,? uttalte Jung-Fu Lin. * Lin var med Carnegie Instituttets geofysiske laboratorium på tidspunktet for studien og hovedforfatter av avisen som ble publisert i 21. juli, utgaven av Nature. ? Fram til denne forskningen har forskere forenklet effekten av jern på mantelmaterialer. Det er det mest forekommende overgangsmetallet i planeten, og resultatene våre er ikke det forskerne har spådd ,? han fortsatte. ? Vi må kanskje revurdere hva vi tror foregår i den skjulte sonen. Det er mye mer sammensatt enn vi forestilte oss.
Knusingstrykket i den nedre mantelen klemmer atomer og elektroner så tett sammen at de samvirker annerledes enn under normale forhold, til og med tvinger spinnende elektroner til å koble seg sammen i baner. I teorien kan seismisk bølgete oppførsel på dybden være en følge av den visstgripende trykkeffekten på elektronens spinntilstand av jern i materialer med lavere mantel. Lin's team utførte ultrahøyttrykkseksperimenter på det mest rikholdige oksydmaterialet der, magnesiow? Stite (Mg, Fe) O, og fant at de skiftende elektronspinntilstandene av jern i det mineralet drastisk påvirker de elastiske egenskapene til magnesiow? Stite . Forskningen kan forklare de komplekse seismiske bølgeavvik som er observert i den nederste mantelen.
Som medforfatter for studien utdypet Viktor Struzhkin: "Dette er den første studien som eksperimentelt demonstrerer at elastisiteten til magnesiow? Stite signifikant endres under lavere manteltrykk fra over 500 000 til 1 million ganger trykket ved havnivå (1 atmosfære ). Magnesiow-stite, som inneholder 20% jernoksyd og 80% magnesiumoksyd, antas å utgjøre omtrent 20% av den nedre mantelen etter volum. Vi fant at når det ble utsatt for trykk mellom 530.000 og 660.000 atmosfærer, gikk jernets elektronspinn fra en høy-spinn-tilstand (uparvet) til en lav-spinn-tilstand (spin-paret). Mens vi overvåket spinn-tilstanden til jern, målte vi også endringshastigheten i volumet (tetthet) av magnesiow-stite gjennom den elektroniske overgangen. Denne informasjonen gjorde det mulig for oss å bestemme hvordan seismiske hastigheter vil variere gjennom overgangen.
? Overraskende nok reiser seismiske bølger rundt 15% raskere når elektronene av jern er snurret sammen i magnesium-jernoksid ,? kommenterte medforfatter Steven Jacobsen. ? Den målte hastighetshopp over overgangen kan derfor være seismisk i den dype mantelen.? Eksperimentene ble utført i en trykkcelle med diamant-ambolt ved bruk av den intense røntgenlyskilden ved landets tredje generasjons synkrotronkilde, Argonne National Laboratory nær Chicago.
? Den mystiske nedre mantelregionen kan ikke prøves direkte. Så vi må stole på eksperimentering og teori. Siden det som skjer i jordas indre påvirker dynamikken i hele planeten, er det viktig for oss å finne ut hva som forårsaker seismiske bølger i den regionen, uvanlig. uttalte Lin. ? Frem til nå har jordforskere forstått jordas indre ved å bare vurdere rene oksider og silikater. Resultatene våre peker ganske enkelt på at jern, det mest tallrike overgangsmetallet over hele jorden, gir opphav til veldig komplekse egenskaper i det dype området. Vi ser frem til de neste eksperimentene våre for å se om vi kan avgrense forståelsen av hva som skjer der ,? konkluderte han.
Originalkilde: Carnegie Institution News Release
