Измерительное устройство для определения теплопроводности бриджманита при высоком давлении и экстремальных температурах. фото: Мураками М. и др., DOI: 10.1016/j.epsl.2021.117329


Исследователи из ETH Цюриха продемонстрировали в лаборатории, насколько хорошо минерал, распространенный на границе между ядром Земли и мантией, проводит тепло. Это наводит их на подозрение, что земное тепло может рассеяться раньше, чем считалось ранее.


Эволюция нашей Земли-это история ее охлаждения: 4,5 миллиарда лет назад на поверхности молодой Земли преобладали экстремальные температуры, и она была покрыта глубоким океаном магмы. За миллионы лет поверхность планеты остыла, образовав хрупкую кору. Однако огромная тепловая энергия, исходящая из недр Земли, приводит в движение динамические процессы, такие как конвекция мантии, тектоника плит и вулканизм.


Однако до сих пор без ответа остаются вопросы о том, как быстро остыла Земля и сколько времени может потребоваться для того, чтобы это продолжающееся охлаждение остановило вышеупомянутые тепловые процессы.


Один из возможных ответов может заключаться в теплопроводности минералов, образующих границу между ядром Земли и мантией.


Этот пограничный слой важен, потому что именно здесь вязкая порода земной мантии находится в прямом контакте с горячим железо-никелевым расплавом внешнего ядра планеты. Температурный градиент между двумя слоями очень крутой, поэтому здесь потенциально протекает много тепла. Пограничный слой образован в основном минералом бриджманитом. Однако исследователям трудно оценить, сколько тепла этот минерал проводит от ядра Земли к мантии, поскольку экспериментальная проверка очень сложна.


Теперь профессор ETH Мотохико Мураками и его коллеги из Научного института Карнеги разработали сложную измерительную систему, которая позволяет им измерять теплопроводность бриджманита в лаборатории при давлении и температурных условиях, которые преобладают внутри Земли. Для измерений они использовали недавно разработанную систему измерения оптического поглощения в алмазном блоке, нагретом импульсным лазером.


"Эта измерительная система позволила нам показать, что теплопроводность бриджманита примерно в 1,5 раза выше, чем предполагалось", - говорит Мураками. Это говорит о том, что тепловой поток из ядра в мантию также выше, чем считалось ранее. Больший тепловой поток, в свою очередь, увеличивает конвекцию мантии и ускоряет охлаждение Земли. Это может привести к тому, что тектоника плит, которая поддерживается конвективными движениями мантии, замедлится быстрее, чем ожидали исследователи, основываясь на предыдущих значениях теплопроводности.


Мураками и его коллеги также показали, что быстрое охлаждение мантии изменит стабильные минеральные фазы на границе ядро-мантия. Когда он остывает, бриджманит превращается в минерал постперовскит. Но как только постперовскит появится на границе ядро-мантия и начнет доминировать, охлаждение мантии действительно может ускориться еще больше, по оценкам исследователей, поскольку этот минерал проводит тепло даже более эффективно, чем бриджманит.


"Наши результаты могут дать нам новый взгляд на эволюцию динамики Земли. Они предполагают, что Земля, как и другие скалистые планеты Меркурий и Марс, остывает и бездействует гораздо быстрее, чем ожидалось", - объясняет Мураками.


Однако он не может сказать, сколько времени потребуется, например, для прекращения конвекционных потоков в мантии. "Мы все еще недостаточно знаем о такого рода событиях, чтобы определить их время". Для этого необходимо сначала лучше понять, как работает мантийная конвекция в пространственном и временном выражении. Более того, ученым необходимо уточнить, как распад радиоактивных элементов в недрах Земли—одного из основных источников тепла—влияет на динамику мантии.


Источник.











Обсудить:

0 comments:

Всегда рады услышать ваше мнение!