Земята може би е предала своите най-съкровени тайни на двойка калифорнийски геохимици, които са използвали обширни компютърни симулации, за да съставят заедно най-ранната история на ядрото на нашата планета.
Тази схема на земната кора и мантия показва резултатите от тяхното проучване, което установи, че екстремното налягане би концентрирало по-тежките изотопи на желязото в дъното на мантията, докато кристализира от океан от магма.
Използвайки суперкомпютър за практическо изцеждане и нагряване на минерали, които носят желязо, при условия, които биха съществували, когато Земята кристализира от океан на магма до твърдата й форма преди 4,5 милиарда години, двамата учени - от Калифорнийския университет в Дейвис - са създали първата картина как различните изотопи на желязото са били първоначално разпределени в твърдата Земя.
Откритието може да доведе до вълна от проучвания за еволюцията на земната мантия, слой материал с дълбочина около 1800 мили, който се простира точно от тънката кора на планетата до нейното метално ядро.
„Сега, когато имаме някаква идея как първоначално са разпределени тези изотопи на желязото на Земята“, казва водещият автор на изследването Джеймс Ръстад, „трябва да можем да използваме изотопите, за да проследим вътрешната работа на двигателя на Земята.“
Документ, описващ изследването на Рустад и съавтор Цин-джу Ин, беше публикуван онлайн от списаниетоNature Geoscience в неделя, 14 юни, преди публикуването през печат през юли.
Заснети между земната кора и ядрото, огромната мантия представлява около 85 процента от обема на планетата. В човешки времеви мащаб тази огромна част от нашата кълба изглежда твърда. Но в продължение на милиони години топлината от разтопеното ядро и собственият радиоактивен разпад на мантията водят до бавно издухване, като гъста супа над слаб пламък. Тази циркулация е движещата сила зад повърхностното движение на тектонските плочи, което изгражда планини и причинява земетресения.
Един източник на информация, осигуряващ поглед върху физиката на тази вискозна маса, са четирите стабилни форми или изотопи от желязо, които могат да бъдат намерени в скали, които са се издигнали до земната повърхност по средата на океанските хребети, където се наблюдава разпространение на морското дъно, и в горещи точки като вулканите на Хаваите, които изскачат през земната кора. Геолозите подозират, че част от този материал произхожда от границата между мантията и ядрото на около 1800 мили под повърхността.
„Геолозите използват изотопи, за да проследяват физико-химичните процеси в природата по начина, по който биолозите използват ДНК, за да проследяват еволюцията на живота“, казва Ин.
Тъй като съставът на железните изотопи в скалите ще варира в зависимост от налягането и температурните условия, при които е създадена скала, Ин каза по принцип геолозите биха могли да използват железни изотопи в скали, събрани в горещи точки по света, за да проследят геоложката история на мантията , Но за да го направят, те първо трябва да знаят как изотопите са били първоначално разпределени в първичния магмен океан на Земята, когато се охлади и се втвърди.
Ин и Рустад проучиха как конкурентните ефекти на екстремно налягане и температура дълбоко във вътрешността на Земята биха повлияли на минералите в долната мантия - зоната, която се простира от около 400 мили под кората на планетата до границата на ядрото-мантията. Температурите до 4500 градуса Келвин в региона намаляват изотопните разлики между минералите до минимално ниво, докато натискът на смачкване има тенденция да променя основната форма на самия железен атом, явление, известно като електронен спинов преход.
Двойката изчисли състава на железния изотоп от два минерала при диапазон от температури, налягания и различни електронни състояния на въртене, за които сега е известно, че се появяват в долната мантия. Двата минерала, фероперовскит и феропериклаза, съдържат почти цялото желязо, което се среща в тази дълбока част на Земята.
Изчисленията бяха толкова сложни, че за всяка серия Рустад и Ин минаваха през компютъра, за да се изпълнят един месец.
Ин и Рустад определят, че екстремното налягане ще концентрира по-тежките изотопи на желязо близо до дъното на кристализиращата мантия.
Изследователите планират да документират изменението на железните изотопи в чисти химикали, подложени на температури и налягания в лабораторията, които са еквивалентни на тези, открити на границата на ядрото-мантия. В крайна сметка, каза Ин, те се надяват да се видят теоретичните им прогнози в геоложки проби, генерирани от долната мантия.
Източник: EurekAlert
