Концепція художника про внутрішні шари Землі. Кредитна графіка: С. Якобсен, М. Уайсісіан та Г. Карась. Натисніть, щоб збільшити
Нещодавно сейсмологи помітили, що швидкість та напрям сейсмічних хвиль у нижній мантії Землі, що знаходиться між 400 та 1800 милями нижче поверхні, надзвичайно різняться. "Я думаю, що ми, можливо, виявили, чому сейсмічні хвилі туди так непослідовно подорожують?" констатував Юнг-Фу Лін. * Лін був у геофізичній лабораторії інституту Карнегі на момент дослідження та головним автором статті, опублікованої у випуску Nature від 21 липня. «До цього дослідження вчені спростили вплив заліза на матеріали мантії. Це найпоширеніший перехідний метал на планеті, і наші результати - це не те, що передбачили вчені? продовжував він. "Нам, можливо, доведеться переглянути, що, на нашу думку, відбувається у цій прихованій зоні. Це набагато складніше, ніж ми собі уявляли.
Тиск дроблення в нижній мантії стискає атоми та електрони настільки близько один до одного, що вони взаємодіють інакше, ніж у звичайних умовах, навіть змушуючи спінінг-електрони спарюватися по орбітах. Теоретично поведінка сейсмічних хвиль на цих глибинах може бути наслідком впливу тиску, що стискає, на спиновий стан заліза в електронних матеріалах із нижньою мантією. Команда Ліна провела експерименти ультрависокого тиску на найпоширенішому оксидному матеріалі, магнезіастіті (Mg, Fe) O, і виявила, що зміна станів заліза електронів у цьому мінералі різко впливає на еластичні властивості магніту . Дослідження може пояснити складні аномалії сейсмічної хвилі, що спостерігаються у нижній мантії.
Як співавтор дослідження Віктор Стружкін доклав: «Це перше дослідження, яке експериментально продемонструвало, що еластичність магнезіату» істотно змінюється при тиску нижньої мантії, що становить понад 500 000 до 1 мільйона разів більше тиску на рівні моря (1 атмосфера ). Вважається, що Магнезіоуст, що містить 20% оксиду заліза та 80% оксиду магнію, вважає, що становить приблизно 20% нижньої об'ємної мантії. Ми виявили, що піддаючись тиску між 530 000 і 660 000 атмосфер, закрутки електронів заліза перейшли з стану високого спіну (непарного) до стану з низьким віджимом (спін-пар). Під час моніторингу стану спину заліза ми також вимірювали швидкість зміни об'єму (густини) магнітсайта через електронний перехід. Ця інформація дозволила нам визначити, як сейсмічні швидкості змінюватимуться в ході переходу.
"Дивно, але об'ємні сейсмічні хвилі рухаються приблизно на 15% швидше, коли електрони заліза спіновуються в оксиді магнію-заліза" прокоментував співавтор Стівен Якобсен. «Отже, вимірюваний стрибок швидкості через перехід може бути сейсмічно виявлений у глибокій мантії». Експерименти проводилися всередині камери тиску з алмазним ковадлом, використовуючи інтенсивне джерело рентгенівського світла в національному джерелі синхротрону третього покоління, Національній лабораторії Аргонна поблизу Чикаго.
«Таємничу область нижньої мантії неможливо взяти на пробу безпосередньо». Тому ми повинні покладатися на експерименти та теорію. Оскільки те, що відбувається у внутрішніх просторах Землі, впливає на динаміку всієї планети, нам важливо з'ясувати, що викликає незвичну поведінку сейсмічних хвиль у цьому регіоні? констатував Лін. "Дотепер вчені Землі розуміли земні надрами, розглядаючи лише чисті оксиди та силікати. Наші результати просто вказують на те, що залізо, найпоширеніший перехідний метал на всій Землі, викликає дуже складні властивості в цій глибокій області. Ми з нетерпінням чекаємо наших наступних експериментів, щоб побачити, чи зможемо ми уточнити своє розуміння того, що там відбувається ,? - зробив він висновок.
Оригінальне джерело: News Release Institution Carnegie
