Wydaje się, że zespół naukowców pod kierownictwem Ho-Kwanga Mao z Carnegie Institution w Stanach Zjednoczonych odkrył tajemnicę, która od dawna niepokoi geologów. Autorzy wyjaśnili, z jakiego minerału składają się strefy spowalniających fal sejsmicznych na granicy rdzeń-płaszcz i odtworzyły proces jego powstawania w laboratorium. Jeśli wnioski naukowców są słuszne, to takie strefy okazują się gigantycznym magazynem tlenu, który może wpływać na historię życia na Ziemi. Artykuł naukowy zawierający wyniki badania został opublikowany w czasopiśmie Nature 22 listopada 2017 r.
Skąd wiemy, co jest pod naszymi stopami? To proste pytanie przyprawia geologów o ból głowy. Podróż do środka Ziemi istnieje tylko na kartach książek science fiction, ale w rzeczywistości rekordowa głębokość wiercenia ledwie przekracza 12 kilometrów.
Z pomocą naukowcom przyszły fale sejsmiczne, które rozprzestrzeniają się na różne sposoby w skałach o różnej gęstości, pozwalają na wprowadzenie „ultradźwięków” w głąb naszej planety. Jednak informacje, które można uzyskać z takiego skanu, są niekompletne. Często otrzymane odpowiedzi rodzą tylko nowe pytania. Właściwie jak w każdej innej dziedzinie nauki.
Na głębokości 2900 km znajduje się granica między rdzeniem a płaszczem. Geolodzy od dawna odkrywają obszary, w których fale sejsmiczne poruszają się niezwykle wolno. Nazywano je strefami ultra-niskich prędkości, w angielskich strefach ultra-niskich prędkości, stąd skrót UVZ. Ale co to jest? Jaki tajemniczy materiał tak bardzo spowalnia wibracje ziemi?
Kwestia ta była od dawna omawiana przez naukowców i zaproponowano już wiele hipotez. Jednak wszystkie mają jedną wadę: konieczne jest wyjaśnienie, w jaki sposób niezbędna substancja jako całość znalazła się na takiej głębokości.
Wygląda na to, że drużyna Ho-Kwana upiła dwie pieczenie na jednym ogniu. Naukowcy od razu znaleźli odpowiedni minerał i prosty mechanizm jego powstawania. To prawda, że ten sukces doprowadził do pytania o potrzebę zrewidowania czegoś w historii biosfery Ziemi.
Minerał, który spodobał się autorom, to nadtlenek żelaza FeO2Hx (liczba atomów wodoru może być różna). Mówiąc o pracy swoich poprzedników, mówią, że są stabilni w warunkach niższego płaszcza.
Ale skąd możesz to wziąć? Aby odpowiedzieć na to pytanie, naukowcy odtworzyli niewielką część piekielnych głębin w laboratorium. Diamentowe chwytaki skompresowały substancję, wytwarzając ciśnienie 860 tysięcy atmosfer. Wiązka lasera penetrująca przezroczyste płytki diamentowe podgrzała odczynniki do 1900 stopni Celsjusza.
Film promocyjny:
W tych warunkach, jak stwierdzili autorzy, nadtlenek żelaza powstaje z najprostszych składników: żelaza i wody. W jądrze Ziemi jest tyle żelaza, ile potrzeba - w rzeczywistości jest ono wykonane głównie z tego metalu. I woda? Według autorów rocznie 300 milionów ton wody tonie w głębi płaszcza w wyniku ruchu płyt tektonicznych. Według ich obliczeń jedna dziesiąta wody w Oceanie Światowym wystarczyłaby do utworzenia całego obserwowanego UVZ. Dla porównania: według niektórych szacunków we wnętrzu Ziemi, w tym w skorupie, płaszczu i rdzeniu, znajduje się 90 razy więcej wody niż na powierzchni.
Okazuje się, że niezbędny minerał powstaje na granicy płaszcza i rdzenia z substancji, które są tam wystarczające. Ale czy to naprawdę odpowiada za obraz obserwowany na sejsmogramach?
Naukowcy również to przetestowali. Korzystając z eksperymentów i obliczeń teoretycznych, odkryli, że wymagane właściwości (prędkość dźwięku, gęstość itp.) Mają mieszaninę, w której 40-50% to nadtlenek żelaza, a reszta występuje w zwykłych skałach dolnego płaszcza. Właściwości takiej mieszaniny doskonale zgadzają się z danymi obserwacyjnymi z UVZ. Wygląda na to, że tajemnica tajemniczych „stref spowolnienia” została ujawniona.
Ale to odkrycie rodzi inne interesujące pytania. Jak wyjaśniono w komunikacie prasowym z badania, osady nadtlenku żelaza stanowią gigantyczny rezerwuar tlenu. Od czasu do czasu tlen może zostać uwolniony i wydostać się na powierzchnię. Konsekwencje takich wydarzeń i ich możliwy związek ze zmianą klimatu, masowymi wymieraniami i innymi ważnymi wydarzeniami nadal wymagają zbadania.