Artist's concept van de binnenste lagen van de aarde. Afbeelding tegoed: S. Jacobsen, M. Wysession en G. Caras. Klik om te vergroten
Onlangs hebben seismologen opgemerkt dat de snelheid en richting van seismische golven in de onderste mantel van de aarde, tussen 400 en 1800 mijl onder het oppervlak, enorm variëren. ? Ik denk dat we misschien hebben ontdekt waarom de seismische golven daar zo inconsistent reizen ,? verklaarde Jung-Fu Lin. * Lin was bij het Carnegie Institution's Geophysical Laboratory ten tijde van de studie en hoofdauteur van het artikel dat in het nummer van 21 juli van Nature werd gepubliceerd. ? Tot dit onderzoek hebben wetenschappers de effecten van ijzer op mantelmaterialen vereenvoudigd. Het is het meest voorkomende overgangsmetaal ter wereld en onze resultaten zijn niet wat wetenschappers hebben voorspeld? hij ging verder. Misschien moeten we heroverwegen wat we denken dat er in die verborgen zone gebeurt. Het is veel complexer dan we ons hadden voorgesteld.?
De verpletterende druk in de onderste mantel drukt atomen en elektronen zo dicht op elkaar dat ze anders reageren dan onder normale omstandigheden, waardoor zelfs draaiende elektronen gedwongen worden om zich in banen te vormen. In theorie kan seismisch-golfgedrag op die diepten het gevolg zijn van het ondeugdelijke drukeffect op de elektronenspin-toestand van ijzer in materialen met een lagere mantel. Het team van Lin voerde ultra-hogedruk-experimenten uit op het meest voorkomende oxidemateriaal daar, magnesiow? Stite (Mg, Fe) O, en ontdekte dat de veranderende elektronenspin-toestanden van ijzer in dat mineraal de elastische eigenschappen van magnesiow? Stite drastisch beïnvloeden . Het onderzoek kan de complexe seismische golfafwijkingen verklaren die zijn waargenomen in de onderste mantel.
Viktor Struzhkin heeft als co-auteur van het onderzoek uitgewerkt: Dit is het eerste onderzoek dat experimenteel aantoont dat de elasticiteit van magnesiow? Stite aanzienlijk verandert onder lagere manteldrukken variërend van meer dan 500.000 tot 1 miljoen keer de druk op zeeniveau (1 atmosfeer ). Magnesiow? Stite, dat 20% ijzeroxide en 80% magnesiumoxide bevat, wordt verondersteld ongeveer 20% van de onderste mantel te vormen. We ontdekten dat bij blootstelling aan drukken tussen 530.000 en 660.000 atmosfeer de elektronspins van het ijzer van een high-spintoestand (ongepaard) naar een low-spintoestand (spinpairing) gingen. Terwijl we de spintoestand van ijzer in de gaten hielden, maten we ook de veranderingssnelheid in het volume (de dichtheid) van magnesiumoxide door de elektronische overgang. Die informatie stelde ons in staat om te bepalen hoe seismische snelheden tijdens de overgang zullen variëren.?
? Verrassend genoeg reizen seismische massagolven ongeveer 15% sneller zodra de elektronen van ijzer spin-gepaarde zijn in het magnesium-ijzeroxide ,? zei co-auteur Steven Jacobsen. ? De gemeten snelheidssprong over de overgang kan daarom seismisch detecteerbaar zijn in de diepe mantel.? De experimenten werden uitgevoerd in een diamant-aambeeld-drukcel met behulp van de intense röntgenlichtbron bij de derde generatie synchrotronbron van het land, Argonne National Laboratory in de buurt van Chicago.
? Het mysterieuze gebied van de onderste mantel kan niet rechtstreeks worden bemonsterd. We moeten dus vertrouwen op experimenten en theorie. Aangezien wat er in het binnenste van de aarde gebeurt de dynamiek van de hele planeet beïnvloedt, is het belangrijk voor ons om erachter te komen wat het ongebruikelijke gedrag van seismische golven in die regio veroorzaakt? verklaarde Lin. ? Tot nu toe hebben aardwetenschappers het binnenste van de aarde begrepen door alleen naar zuivere oxiden en silicaten te kijken. Onze resultaten wijzen er simpelweg op dat ijzer, het meest voorkomende overgangsmetaal over de hele aarde, zeer complexe eigenschappen in dat diepe gebied veroorzaakt. We kijken uit naar onze volgende experimenten om te zien of we ons begrip van wat daar gebeurt, kunnen verfijnen? concludeerde hij.
Oorspronkelijke bron: Carnegie Institution News Release
