Iespējams, ka Zeme ir atdevusi savus visdziļākos noslēpumus Kalifornijas ģeoķīmiķu pārim, kuri ir izmantojuši plašas datoru simulācijas, lai apkopotu mūsu planētas kodola agrāko vēsturi.
Šī Zemes garozas un mantijas shematika parāda viņu pētījuma rezultātus, kuros tika atklāts, ka ārkārtējs spiediens būtu koncentrējis dzelzs smagākos izotopus mantijas apakšā, jo tā izkristalizējas no magmas okeāna.
Izmantojot superdatoru, lai praktiski izspiestu un sasildītu dzelzi saturošus minerālus apstākļos, kas būtu pastāvējuši, kad Zeme no magmas okeāna izkristalizējās līdz cietai formai pirms 4,5 miljardiem gadu, divi zinātnieki - no Kalifornijas Deivisa universitātes - ir sagatavojuši pirmo attēlu par to, kā cietā Zeme sākotnēji tika izplatīti dažādi dzelzs izotopi.
Šis atklājums varētu ievest izpētes vilni par Zemes mantijas attīstību - materiāla slāni, kas atrodas aptuveni 1800 jūdžu dziļumā un kas stiepjas no tieši zem planētas plānas garoza līdz metāliskajam kodolam.
"Tagad, kad mums ir ideja par to, kā šie dzelzs izotopi sākotnēji tika izplatīti uz Zemes," sacīja vadošais pētījuma autors Džeimss Rustads, "mums vajadzētu būt iespējai izotopus izmantot, lai izsekotu Zemes motora iekšējo darbību."
Žurnāls tiešsaistē ievietoja rakstu, kurā aprakstīts Rustad un līdzautora Qing-zhu Yin pētījumsDabas ģeozinātne svētdien, 14. jūnijā, pirms drukas publikācijas jūlijā.
Starp zemes garozu un kodolu atrodas milzīgā mantija, kas veido apmēram 85 procentus no planētas apjoma. Cilvēka laika posmā šī milzīgā mūsu orbītas daļa šķiet cieta. Bet miljonu gadu laikā karstums no izkusušās kodols un pašas apvalka radioaktīvā sabrukšana izraisa tā lēnu kušanu, piemēram, bieza zupa virs zemas liesmas. Šī cirkulācija ir tektonisko plākšņu virsmas kustības virzītājspēks, kas veido kalnus un izraisa zemestrīces.
Viens informācijas avots, kas sniedz ieskatu šīs viskozās masas fizikā, ir četras stabilas dzelzs formas vai izotopi, ko var atrast klintīs, kas ir pacēlušās uz Zemes virs okeāna grēdu vidus, kur notiek jūras grīdas izplatība, un karstajos punktos. piemēram, Havaju vulkāni, kas izplūst caur Zemes garozu. Ģeologiem ir aizdomas, ka daži no šiem materiāliem ir cēlušies no robežas starp mantiju un serdi 1800 jūdzes zem virsmas.
"Ģeologi izmanto izotopus, lai izsekotu fizikāli ķīmiskajiem procesiem dabā, kā biologi izmanto DNS, lai izsekotu dzīvības evolūcijai," sacīja Iņ.
Tā kā dzelzs izotopu sastāvs klintīs mainīsies atkarībā no spiediena un temperatūras apstākļiem, kādos izveidojās ieži, Yin sacīja, ka principā ģeologi varētu izmantot dzelzs izotopus klintīs, kas savākti karstajos punktos visā pasaulē, lai izsekotu mantijas ģeoloģisko vēsturi. . Bet, lai to izdarītu, viņiem vispirms būtu jāzina, kā izotopi sākotnēji tika izplatīti Zemes pirmatnējā magmas okeānā, kad tas atdzisa un sacietēja.
Jins un Rustads izpētīja, kā ārkārtējā spiediena un temperatūras konkurējošās sekas dziļi Zemes iekšienē būtu ietekmējušas minerālus apakšējā apvalkā - zonā, kas stiepjas no aptuveni 400 jūdzēm zem planētas garozas līdz kodola un apvalka robežai. Temperatūra līdz 4500 grādiem pēc Kelvina reģionā samazina izotopu atšķirības starp minerāliem līdz minimālai pakāpei, savukārt saspiešanas spiedienam ir tendence mainīt paša dzelzs atoma pamatformu - parādību, kas pazīstama kā elektroniska vērpšanas pāreja.
Pāris aprēķināja divu minerālu dzelzs izotopu sastāvu temperatūru, spiedienu un dažādu elektronisko griešanās stāvokļu diapazonā, kas tagad ir zināms apakšējā apvalkā. Divas minerālvielas - ferroperovskite un ferropericlase - satur gandrīz visu dzelzi, kas rodas šajā dziļajā Zemes daļā.
Aprēķini bija tik sarežģīti, ka katras sērijas Rustads un Iņ skrēja caur datoru, kura pabeigšanai bija nepieciešams mēnesis.
Iņ un Rustads noteica, ka ārkārtējs spiediens būtu koncentrējis dzelzs smagākos izotopus netālu no kristalizācijas apvalka dibena.
Pētnieki plāno dokumentēt dzelzs izotopu variācijas tīrajās ķīmiskajās vielās, kuras laboratorijā pakļautas temperatūrai un spiedienam, kas ir līdzvērtīgs tiem, kas atrodami pie kodola un apvalka robežas. Galu galā, Yin teica, viņi cer redzēt viņu teorētiskās prognozes, kas pārbaudītas ģeoloģiskos paraugos, kas iegūti no apakšējās mantijas.
Avots: Eurekalerts
