|
Удивительное поведение минералов глубоко в Земле
|
|
|
|
Пока вы читаете это, более чем в 400 милях под вами находится огромный мир экстремальных температур и давлений, который взбалтывался и развивался дольше, чем люди жили на планете. Теперь детальная новая модель от исследователей Калифорнийского технологического института иллюстрирует удивительное поведение минералов глубоко в недрах планеты на протяжении миллионов лет и показывает, что процессы на самом деле происходят совершенно противоположным тому, что предполагалось ранее. Исследование проводилось международной группой ученых, включая Дженнифер М. Джексон, профессора физики минералов Уильяма Леонарда. Статья с описанием исследования опубликована в журнале Nature 11 января.
|
|
|
|
«Несмотря на огромные размеры планеты, более глубокие части часто упускают из виду, потому что они буквально вне досягаемости — мы не можем их исследовать», — говорит Джексон. «Кроме того, эти процессы настолько медленные, что кажутся нам незаметными. Но поток в нижней мантии взаимодействует со всем, чего касается; это глубинный двигатель, который влияет на тектонику плит и может контролировать вулканическую активность». Нижняя мантия планеты представляет собой твердую породу, но в течение сотен миллионов лет она медленно просачивается, как густая карамель, разнося тепло по недрам планеты в процессе, называемом конвекцией. Многие вопросы о механизмах, обеспечивающих эту конвекцию, остаются без ответа. Экстремальные температуры и давления в нижней части мантии — до 135 гигапаскалей и тысяч градусов по Фаренгейту — затрудняют моделирование в лаборатории.
|
|
|
Для справки: давление в нижней части мантии почти в тысячу раз превышает давление в самой глубокой точке океана. Таким образом, в то время как многие лабораторные эксперименты по физике минералов предоставили гипотезы о поведении пород нижней мантии, процессы, происходящие в геологических временных масштабах и приводящие к вялому течению конвекции нижней мантии, были неопределенными. Нижняя мантия в основном состоит из силиката магния, называемого бриджманитом, но также включает небольшое, но значительное количество оксида магния, называемого периклазом, смешанного с бриджманитом в дополнение к небольшому количеству других минералов. Лабораторные эксперименты ранее показали, что периклаз слабее бриджманита и легче деформируется, но эти эксперименты не учитывали, как минералы ведут себя в течение миллионов лет. Включив эти временные рамки в сложную вычислительную модель, Джексон и его коллеги обнаружили, что зерна периклаза на самом деле прочнее окружающего их бриджманита. «Мы можем использовать аналогию с будинажем в рок-записях [изображение справа], где будин, что по-французски означает «сосиска», развивается в жестком, «более сильном» рок-слое среди менее компетентного, «более слабого» рока», — Джексон Джексон. говорит.
|
|
|
|
«В качестве другой аналогии подумайте об арахисовом масле с кусочками», — объясняет Джексон. «В течение десятилетий мы думали, что периклаз является «маслом» в арахисовом масле и действует как смазка между более твердыми зернами бриджманита. масла. Зерна периклаза просто плывут по течению, но не влияют на вязкостное поведение, за исключением случаев, когда зерна сильно сконцентрированы. Мы показываем, что под давлением подвижность периклаза намного медленнее по сравнению с бриджманитом. Существует инверсия поведения : периклаз почти не деформируется, в то время как основная фаза, бриджманит, контролирует деформацию в глубинной мантии Земли». Понимание этих экстремальных процессов, происходящих глубоко под нашими ногами, важно для создания точных четырехмерных симуляций нашей планеты, а также помогает нам лучше понять другие планеты. Тысячи экзопланет (планет за пределами нашей Солнечной системы) теперь подтверждены, и новые знания о физике минералов в экстремальных условиях дают новое понимание эволюции планет, радикально отличающихся от нашей.
|
|
|
|
Источник
|
