Magnesiowustite-kristaller förlorar förmågan att infraröd överföring när de klämmer. Klicka för att förstora
Forskare från Carnegie-institutionens geofysiska laboratorium har upptäckt att vissa mineraler slutar leda infrarött ljus när de ligger nära jordens kärna. Även om de överför infrarött ljus perfekt på ytan, absorberar de det faktiskt när de krossas av det intensiva trycket nära jordens kärna. Denna upptäckt kommer att hjälpa forskare att bättre förstå värmeflödet i jordens inre samt hjälpa till att utveckla nya modeller för planetbildning och evolution.
Mineraler som krossas av intensivt tryck nära jordens kärna förlorar mycket av sin förmåga att leda infrarött ljus, enligt en ny studie från Carnegie Institutionens geofysiska laboratorium. Eftersom infrarött ljus bidrar till värmeflödet, utmanar resultatet några långvariga uppfattningar om värmeöverföring i den nedre manteln, skiktet av smält sten som omger jordens solida kärna. Arbetet kan hjälpa till att studera mantelplommor - stora kolumner med varm uppwelling magma som tros producera funktioner som Hawaiianöarna och Island.
Kristaller av magnesiowustite, ett vanligt mineral i den djupa jorden, kan överföra infrarött ljus vid normala atmosfärstryck. Men när de pressas till över en halv miljon gånger trycket i havsnivån, absorberar dessa kristaller istället infrarött ljus, vilket hindrar värmeflödet. Forskningen kommer att visas i 26 maj 2006-numret av tidskriften Science.
Carnegie-anställda Alexander Goncharov och Viktor Struzhkin, med postdoktor Steven Jacobsen, pressade kristaller av magnesiowustit med en diamantstädcell - en kammare bunden av två superhard diamanter som kan generera otroligt tryck. De lyste sedan intensivt ljus genom kristallerna och mätte ljusets våglängder som gjorde det igenom. Till deras överraskning absorberade de komprimerade kristallerna mycket av ljuset i det infraröda området, vilket tyder på att magnesiowustite är en dålig värmeledare vid höga tryck.
"Värmeflödet i jordens djupa inre spelar en viktig roll i planets dynamik, struktur och utveckling," sade Goncharov. Det finns tre primära mekanismer genom vilka värme troligen kommer att cirkulera i den djupa jorden: ledning, överföring av värme från ett material eller område till ett annat; strålning, energiflödet via infrarött ljus; och konvektion, rörelsen av hett material. "Den relativa mängden värmeflöde från dessa tre mekanismer är för närvarande under intensiv debatt," tillade Goncharov.
Magnesiowustite är det näst vanligaste mineralet i den nedre manteln. Eftersom det inte överför värme väl vid högt tryck kan mineralet faktiskt bilda isolerande fläckar runt mycket av jordens kärna. Om så är fallet, kanske strålning inte bidrar till det totala värmeflödet i dessa områden, och ledning och konvektion kan spela en större roll i avluftning av värme från kärnan.
"Det är fortfarande för tidigt att berätta exakt hur denna upptäckt kommer att påverka djupa jordgeofysik," sa Goncharov. "Men så mycket av det vi antar om den djupa jorden förlitar sig på våra modeller för värmeöverföring, och den här studien ifrågasätter mycket av det."
Originalkälla: Carnegie Institution
