|
Суперземли могут быть твердыми глубоко внутри
|
|
|
|
Глубоко внутри суперземель — каменистых планет с массой от 1 до 10 масс Земли — высокое давление может приводить к тому, что известные минералы принимают формы, редко встречающиеся на Земле. Более глубокое понимание температурных и барометрических условий, при которых достигаются эти фазы, может помочь исследователям узнать больше о том, как эволюционируют планеты.
|
|
|
|
Одним из таких минералов является ортосиликат магния, или Mg2SiO4, один из основных строительных блоков каменистых планет. По мере увеличения давления глубоко внутри планеты атомы этого минерала перестраиваются, образуя различные кристаллические структуры. Одна из таких форм, образующихся при высоком давлении, называется шпинельной фазой, которая находится в мантии Земли. При еще более высоком давлении эта фаза распадается на два разных минерала: бриджманит, наиболее распространенную минеральную фазу на Земле, и ферропериклаз, богатый магнием оксид.
|
|
|
|
Однако при гораздо более экстремальных давлениях, ожидаемых внутри массивных каменистых планет, известных как суперземли, Mg2SiO4 снова становится стабильным в совершенно новой кристаллической структуре, называемой пост-постшпинелью. Ученые предсказывают, что эта сверхвысокотемпературная фаза Mg2SiO4 является одним из доминирующих минералов в глубоких мантиях суперземель, что делает ее поведение при плавлении важным для понимания того, как формируются и эволюционируют эти планеты.
|
|
|
|
|
|
|
Воссоздание высоких температур и чрезвычайных давлений внутри массивных каменистых планет в лабораторных условиях представляет собой сложную задачу, поэтому Чжэн и его команда применили вычислительный подход. Команда использовала метод термодинамического интегрирования для изучения кривой плавления пост-постшпинельного Mg2SiO4 при давлениях до 1300 гигапаскалей. Исследование опубликовано в журнале AGU Advances.
|
|
|
|
Они обнаружили, что пост-постшпинельный Mg2SiO4 является исключительно тугоплавким минералом, то есть он может выдерживать чрезвычайно высокие температуры до плавления. В зависимости от давления, температура плавления составляет от 9780 до 14897 К, что значительно выше, чем у родственных минералов, включая бриджманит и постперовскит MgSiO3, высокотемпературную форму бриджманита, стабильную вблизи границы ядра и мантии Земли.
|
|
|
|
Даже после добавления умеренного количества железа — что, вероятно, в той или иной степени происходит на большинстве экзопланет — температура плавления пост-постшпинельного Mg2SiO4 оставалась выше температур, рассчитанных для глубоких мантий большинства каменистых планет, утверждают авторы.
|
|
|
|
Их результаты показывают, что многие суперземли, вероятно, имеют твердые глубокие мантии, что имеет значение для конвекции глубоко внутри каменистых экзопланет и для их магнитных полей, которые создаются за счет вихревого движения расплавленных металлов в их недрах.
|
|
|
|
Источник
|
