Trzęsienia ziemi, erupcje wulkaniczne, zmieniające się płytki tektoniczne – wszystkie są oznaki, że nasza planeta żyje. Ale to, co ujawnia się głęboko w Ziemi, zaskakuje zarówno świeckich, jak i naukowców: prawie 3000 kilometrów pod powierzchnią Ziemi płynie stałą skałę, która nie jest ani płynna, jak lawa, ani krucha jak stała skała. Pokazuje to nowe badanie przez geologów prowadzonych przez Motohiko Murakami, profesor eksperymentalnej fizyki mineralnej w Eth Zurych. Badanie zostało właśnie opublikowane w czasopiśmie Communications Earth & Environment.
Ting tektoniczne płyty – to wszystkie oznaki, że nasza planeta żyje. Ale to, co ujawnia się głęboko w Ziemi, zaskakuje zarówno świeckich, jak i naukowców: prawie 3000 kilometrów pod powierzchnią Ziemi płynie stałą skałę, która nie jest ani płynna, jak lawa, ani krucha jak stała skała. Pokazuje to nowe badanie przez geologów prowadzonych przez Motohiko Murakami, profesor eksperymentalnej fizyki mineralnej w Eth Zurych. Badanie zostało właśnie opublikowane w czasopiśmie Communications Earth & Environment.
Pół wieku zgadywania
Od ponad 50 lat badacze zagadni się nad dziwną strefą głęboko w ziemi-tak zwana warstwa D „, około 2700 kilometrów pod naszymi stopami. Fale trzęsienia ziemi nagle zachowują się inaczej: ich prędkość przeskakuje, jakby podróżowali przez inny materiał. To, co dokładnie dzieje się w tej warstwie Mantle, było nagle nieokreślone, aż do teraz.
W 2004 r. Murakami, który jest profesorem w Eth Zurych od 2017 r., Odkrył, że perowskite, główny minerał dolnego płaszcza Ziemi, przekształca się w nowy minerał w pobliżu „warstwy pod ekstremalnym ciśnieniem i bardzo wysokie temperatury-tak zwane„ post-Perovskite ”.
Naukowcy założyli, że ta zmiana wyjaśniła dziwne przyspieszenie fal sejsmicznych. Ale to nie była pełna historia. W 2007 r. Murakami i współpracownicy znaleźli nowe dowody na to, że zmiana faz samej perowskitu nie wystarczy, aby przyspieszyć fale trzęsienia ziemi.
Korzystając z wyrafinowanego modelu komputerowego, w końcu odkryli coś ważnego: w zależności od kierunku, w którym wskazują kryształy post-Perowska, twardość minerałów zmienia się. Tylko wtedy, gdy wszystkie kryształy punktu mineralnego w tym samym kierunku w modelu są przyspieszone fale sejsmiczne – jak można zaobserwować w warstwie D „na głębokości 2700 kilometrów.
W niecodziennym eksperymencie laboratoryjnym w Eth Zurych Murakami udowodnił, że kryształy post-Perovskite wyrównują się w identycznym kierunku pod ogromnym ciśnieniem i ekstremalnymi temperaturami. Aby to zrobić, naukowcy zmierzyli szybkość fal sejsmicznych w swoim eksperymencie, a także byli w stanie odtworzyć skok, który występuje w warstwie D „w laboratorium”. W końcu znaleźliśmy ostatni kawałek układanki ”, mówi Murakami.
Przepływ płaszcza wyrównuje kryształy
Najważniejsze pytanie brzmi: co powoduje, że te kryształy ustawiają się w szeregu? Odpowiedź jest taka, że solidna skała płaszcza, która płynie poziomo wzdłuż dolnej krawędzi płaszcza Ziemi. Naukowcy od dawna podejrzewają, że ten ruch – rodzaj konwekcji, takiej jak wrząca woda – musi istnieć, ale nigdy nie był w stanie to udowodnić bezpośrednio.
Rozpoczyna się nowy rozdział w badaniach Ziemi
Murakami i jego koledzy wykazali również eksperymentalnie, że konwekcja płaszcza stałej skały jest obecna na granicy między rdzeniem a płaszczem Ziemi, tj. Ta stała – nie płynna – skała powoli, ale stale na tej głębokości. „To odkrycie nie tylko rozwiązuje tajemnicę warstwy D”, ale także otwiera okno na dynamikę w głębi ziemi ” – wyjaśnia Murakami.
To nie tylko kamień milowy, ale także punkt zwrotny. Założenie, że przepływy stałych skał zostało przekształcone z teorii w pewność. „Nasze odkrycie pokazuje, że Ziemia jest nie tylko aktywna na powierzchni, ale także w ruchu głęboko w środku”, mówi profesor ETH.
Dzięki tej wiedzy naukowcy mogą teraz zacząć mapować prądy w najgłębszym wnętrzu Ziemi, a tym samym wizualizować niewidzialny silnik, który napędza wulkany, płytki tektoniczne, a może nawet pola magnetyczna Ziemi.