Paul Sparks
0 
3355
654
Tajemnicze plamy głęboko w płaszczu Ziemi mogą być minerałami, które wytrąciły się ze starożytnego oceanu magmy, który powstał podczas zderzenia, które stworzyło również księżyc.
Te plamy, zwane strefami ultralekkich prędkości, znajdują się bardzo głęboko w płaszczu, blisko jądra Ziemi. Są znane tylko dlatego, że kiedy przechodzą przez nie fale sejsmiczne z trzęsień ziemi, to dramatycznie zwalniają. Oznacza to, że plamy różnią się w jakiś sposób od innych części płaszcza, ale nikt nie wie jak.
Teraz nowe badania sugerują, że plamy mogą być minerałem bogatym w tlenek żelaza, zwanym magnezytem. Jeśli tak, to ich istnienie wskazywałoby na istnienie dawnego oceanu magmy, który mógł istnieć 4,5 miliarda lat temu, kiedy ogromny kawałek skały kosmicznej wbił się w Ziemię, wyrzucił materiał, który stał się księżycem, i prawdopodobnie stopił duże części planety. . [Na zdjęciach: Wodny ocean ukryty pod powierzchnią Ziemi]
„Jeśli można zidentyfikować, że te plamy zawierają pewną ilość magnezytu, która wskazywałaby na istnienie oceanu magmy, który krystalizował się w ten sposób, gdzie bogaty w żelazo tlenek wytrącił się i opadł do podstawy płaszcza”, - powiedziała liderka badań Jennifer Jackson, profesor fizyki minerałów na California Institute of Technology.
Dziwne plamy
Płaszcz ma grubość około 1800 mil (2900 kilometrów), a strefy ultralekkich prędkości mają grubość i szerokość od mniej niż mili do 100 km (62 mil), powiedział Jackson. Spowalniają fale sejsmiczne, które przez nie przechodzą, z 30 do 50 procent.
Bezpośrednie badanie tych dziwnych plamek nie jest możliwe, więc Jackson i jej koledzy musieli naśladować ciśnienie głębokiego płaszcza na powierzchni Ziemi. Aby dowiedzieć się, czy mineralny magnezjowüstit ma takie właściwości, jakie można zaobserwować w strefach o bardzo niskiej prędkości, naukowcy pobrali niewielką próbkę minerału, umieścili ją w komorze ciśnieniowej i mocno ścisnęli parą diamentowych kowadeł. Cały aparat ciśnieniowy jest na tyle mały, że mieści się w dłoni.
„Czasami powiem, że noszę w kieszeni ciśnienie graniczne między rdzeniem a płaszczem” - powiedział Jackson.
Naukowcy zbombardowali próbkę promieniami rentgenowskimi pod różnymi kątami, a następnie zmierzyli energię promieni rentgenowskich, gdy wychodzili z próbki, szukając, jak zmieniły je interakcje z krystaliczną strukturą minerału.
Pod presją
Odkryli, że wysokie ciśnienie zmienia wszystko. Jackson powiedział, że przy ciśnieniu atmosferycznym fale wychodzące z próbki magnezytu są zawsze takie same, bez względu na kierunek, w jakim przemieszczają się przez kryształ. [Zdjęcia: Najdziwniejsze na świecie formacje geologiczne]
Jednak przy ciśnieniach granicznych między rdzeniem a płaszczem kierunek, w którym płyną fale, ma duże znaczenie. W zależności od tego, jak przechodzi przez kryształ, może występować do 60 procent różnicy w szybkości fali przechodzącej przez kryształ. Fala poprzeczna przechodząca przez minerał porusza się z prędkością nieco mniejszą niż 1,8 mil na sekundę (3 km / s) w jednym kierunku i nieco ponad 3,1 mili na sekundę (5 km / s) w drugim, powiedział Jackson..
Powiedziała, że najszybszy kierunek przemieszczania się fal pod ciśnieniem atmosferycznym - wzdłuż krawędzi struktury kryształu - jest najwolniejszym kierunkiem przemieszczania się fal przy ciśnieniu w rdzeniu-płaszczu. Najszybszy kierunek przemieszczania się przy ciśnieniu w płaszczu rdzeniowym znajduje się w poprzek powierzchni kryształu w laboratorium. Te różnice w sposobie przemieszczania się fal w zależności od kierunku i struktury krystalicznej nazywane są anizotropami.
Co to oznacza dla prawdziwego płaszcza? Cóż, powiedział Jackson, tam też zaobserwowano anizotropie. Nikt tak naprawdę nie sprawdzał, czy mają je strefy ultralekkich prędkości, ale są powody, by sądzić, że mogą. Jeśli teoria oceanu chłodzącej magmy jest prawdziwa i głęboko w płaszczu znajduje się magnezjowüstyt, może on zostać zepchnięty, zgnieciony i wbity w konfigurację anizotropową przez kawałki oceanicznej skorupy, które zostały wepchnięte głęboko w płaszcz w procesie subdukcji. (Subdukcja ma miejsce, gdy jeden kawałek skorupy wpycha się pod drugi i nurkuje w płaszczu, jak to się dzieje obecnie na wybrzeżu północno-zachodniej Ameryki Północnej).
„Gdybyśmy mogli tego szukać, to byłby naprawdę dobry dowód, aby zasugerować tę interakcję subdukcji w starożytnych płytach i strefach ultralekkich prędkości, które zawierają ten bogaty w żelazo tlenek” - powiedział Jackson.
Teraz Jackson ma nadzieję współpracować z sejsmologami, aby sprawdzić, czy fale sejsmiczne, które docierają do stref o bardzo małej prędkości, wychodzą inaczej w zależności od kierunku podróży. Jeśli tak się stanie, wzmocni to hipotezę magnezytową.
„Obecność tego minerału, kształtowanego przez płytę, może dać nam wgląd w ziemski ocean magmy i jego krystalizację” - powiedział Jackson.
Naukowcy opublikowali swoje odkrycia w maju w Journal of Geophysical Research: Solid Earth.
Uwaga redaktora: ten artykuł został zaktualizowany, aby poprawić stwierdzenie dotyczące subdukcji.
Oryginalny artykuł na .