Η Γη μπορεί να έχει παραδώσει τα εσωτερικά της μυστικά σε ένα ζευγάρι γεωχημικών της Καλιφόρνια, οι οποίοι έχουν χρησιμοποιήσει εκτεταμένες προσομοιώσεις υπολογιστών για να συγκεντρώσουν την πρώτη ιστορία του πυρήνα του πλανήτη μας.
Αυτό το σχήμα του φλοιού και του μανδύα της Γης δείχνει τα αποτελέσματα της μελέτης τους, η οποία διαπίστωσε ότι οι ακραίες πιέσεις θα είχαν συγκεντρώσει τα βαρύτερα ισότοπα του σιδήρου κοντά στο κάτω μέρος του μανδύα καθώς κρυσταλλώθηκε από έναν ωκεανό μάγματος.
Χρησιμοποιώντας έναν υπερ-υπολογιστή για ουσιαστική συμπίεση και θέρμανση ορυκτών που φέρουν σίδηρο υπό συνθήκες που θα υπήρχαν όταν η Γη κρυσταλλώθηκε από ωκεανό μάγμα στην στερεή της μορφή πριν από 4,5 δισεκατομμύρια χρόνια, οι δύο επιστήμονες - από το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Ντέιβις - παρήγαγαν την πρώτη εικόνα για το πώς αρχικά διανεμήθηκαν διαφορετικά ισότοπα σιδήρου στη στερεά Γη.
Η ανακάλυψη θα μπορούσε να οδηγήσει σε ένα κύμα ερευνών για την εξέλιξη του μανδύα της Γης, ένα στρώμα υλικού βάθους περίπου 1.800 μιλίων που εκτείνεται από ακριβώς κάτω από τη λεπτή κρούστα του πλανήτη μέχρι τον μεταλλικό πυρήνα του.
«Τώρα που έχουμε κάποια ιδέα για το πώς αυτά τα ισότοπα σιδήρου διανεμήθηκαν αρχικά στη Γη», δήλωσε ο επικεφαλής συγγραφέας James Rustad, «θα πρέπει να είμαστε σε θέση να χρησιμοποιήσουμε τα ισότοπα για να εντοπίσουμε τις εσωτερικές λειτουργίες του κινητήρα της Γης».
Ένα περιοδικό που περιγράφει τη μελέτη του Rustad και του συν-συγγραφέα Qing-zhu Yin δημοσιεύτηκε στο διαδίκτυο από το περιοδικόΦύση Γεωεπιστήμη την Κυριακή 14 Ιουνίου, πριν από την έντυπη έκδοση τον Ιούλιο.
Στριμώχνοντας ανάμεσα στον φλοιό και τον πυρήνα της Γης, ο τεράστιος μανδύας αντιπροσωπεύει περίπου το 85% του όγκου του πλανήτη. Σε ανθρώπινη χρονική κλίμακα, αυτό το τεράστιο τμήμα της σφαίρας μας φαίνεται να είναι συμπαγές. Αλλά εδώ και εκατομμύρια χρόνια, η θερμότητα από τον λιωμένο πυρήνα και η ραδιενεργή διάσπαση του μανδύα το κάνουν να αναδεύεται αργά, σαν παχιά σούπα σε χαμηλή φλόγα. Αυτή η κυκλοφορία είναι η κινητήρια δύναμη πίσω από την κίνηση της επιφάνειας των τεκτονικών πλακών, η οποία χτίζει βουνά και προκαλεί σεισμούς.
Μία πηγή πληροφοριών που παρέχει εικόνα για τη φυσική αυτής της ιξώδους μάζας είναι οι τέσσερις σταθερές μορφές ή ισότοπα σιδήρου που μπορούν να βρεθούν σε βράχους που έχουν ανέλθει στην επιφάνεια της Γης στις κορυφογραμμές του μεσαίου ωκεανού όπου συμβαίνει η εξάπλωση του πυθμένα του θαλάσσιου πυθμένα. όπως τα ηφαίστεια της Χαβάης που αναδύονται μέσω του φλοιού της Γης. Οι γεωλόγοι υποπτεύονται ότι μέρος αυτού του υλικού προέρχεται στο όριο μεταξύ του μανδύα και του πυρήνα περίπου 1.800 μίλια κάτω από την επιφάνεια.
«Οι γεωλόγοι χρησιμοποιούν ισότοπα για την παρακολούθηση φυσικοχημικών διεργασιών στη φύση με τον τρόπο που οι βιολόγοι χρησιμοποιούν DNA για να παρακολουθούν την εξέλιξη της ζωής», δήλωσε ο Γιν.
Επειδή η σύνθεση των ισότοπων σιδήρου σε βράχους θα ποικίλει ανάλογα με τις συνθήκες πίεσης και θερμοκρασίας υπό τις οποίες δημιουργήθηκε ένας βράχος, ο Γιν είπε, κατ 'αρχήν, οι γεωλόγοι θα μπορούσαν να χρησιμοποιήσουν ισότοπα σιδήρου σε βράχους που συλλέχθηκαν σε καυτά σημεία σε όλο τον κόσμο για να παρακολουθήσουν τη γεωλογική ιστορία του μανδύα . Αλλά για να το κάνουν αυτό, θα πρέπει πρώτα να γνωρίζουν πώς τα ισότοπα αρχικά διανεμήθηκαν στον αρχέγονο ωμό ωκεανό της Γης όταν κρυώθηκαν και σκληρύνθηκαν.
Ο Γιν και ο Ρουστάντ διερεύνησαν πώς οι ανταγωνιστικές επιπτώσεις της ακραίας πίεσης και της θερμοκρασίας βαθιά στο εσωτερικό της Γης θα επηρέαζαν τα ορυκτά στον κάτω μανδύα, τη ζώνη που εκτείνεται από περίπου 400 μίλια κάτω από την κρούστα του πλανήτη έως το όριο του πυρήνα-μανδύα. Οι θερμοκρασίες έως και 4.500 βαθμούς Kelvin στην περιοχή μειώνουν τις ισοτοπικές διαφορές μεταξύ των ορυκτών σε ένα ελάχιστο επίπεδο, ενώ οι πιέσεις σύνθλιψης τείνουν να μεταβάλλουν τη βασική μορφή του ίδιου του ατόμου σιδήρου, ένα φαινόμενο γνωστό ως ηλεκτρονική μετάβαση περιστροφής.
Το ζεύγος υπολόγισε τη σύνθεση ισότοπου σιδήρου δύο ορυκτών σε ένα εύρος θερμοκρασιών, πιέσεων και διαφορετικών καταστάσεων ηλεκτρονικής περιστροφής που είναι τώρα γνωστό ότι συμβαίνουν στον κάτω μανδύα. Τα δύο μέταλλα, ο φερροπεροβσκίτης και η φερροπερικλάση, περιέχουν σχεδόν όλο το σίδηρο που εμφανίζεται σε αυτό το βαθύ τμήμα της Γης.
Οι υπολογισμοί ήταν τόσο περίπλοκοι που κάθε σειρά Rustad και Yin έτρεξε στον υπολογιστή απαιτούσε ένα μήνα για να ολοκληρωθεί.
Ο Γιν και ο Ρουστάντ διαπίστωσαν ότι οι ακραίες πιέσεις θα είχαν συγκεντρώσει τα βαρύτερα ισότοπα του σιδήρου κοντά στο κάτω μέρος του κρυσταλλικού μανδύα.
Οι ερευνητές σκοπεύουν να τεκμηριώσουν τη διακύμανση των ισοτόπων σιδήρου σε καθαρές χημικές ουσίες που υπόκεινται σε θερμοκρασίες και πιέσεις στο εργαστήριο που είναι ισοδύναμες με αυτές που βρίσκονται στο όριο του πυρήνα-μανδύα. Τελικά, είπε ο Γιν, ελπίζουν να δουν τις θεωρητικές τους προβλέψεις να επαληθεύονται σε γεωλογικά δείγματα που δημιουργούνται από τον κάτω μανδύα.
Πηγή: Eurekalert
