Konstnärens uppfattning om jordens inre lager. Bildkredit: S. Jacobsen, M. Wysession och G. Caras. Klicka för att förstora
Nyligen har seismologer observerat att hastigheten och riktningen för seismiska vågor i jordens nedre mantel, mellan 400 och 1 800 mil under ytan, varierar enormt. ? Jag tror att vi kanske har upptäckt varför de seismiska vågorna reser så inkonsekvent dit ,? säger Jung-Fu Lin. * Lin var med Carnegie Institution? s Geophysical Laboratory vid tidpunkten för studien och huvudförfattare till tidningen som publicerades i 21 juli, nummer av Nature. ? Fram till denna forskning har forskare förenklat järnens effekter på mantelmaterial. Det är den vanligaste övergångsmetallen på planeten och våra resultat är inte vad forskarna har förutspått ,? han fortsatte. ? Vi kanske måste ompröva vad vi tror går i den dolda zonen. Det är mycket mer komplicerat än vi trodde.
Krosstrycket i den nedre manteln pressar atomer och elektroner så nära varandra att de interagerar annorlunda än under normala förhållanden, och tvingar även snurrande elektroner att para ihop i banor. I teorin kan seismiskt vågbeteende på dessa djup bero på den visstgripande tryckeffekten på elektronspinn-tillståndet i järn i material med lägre mantel. Lin's team utförde ultrahögtrycksexperiment på det rikligaste oxidmaterialet där, magnesiow? Stite (Mg, Fe) O, och fann att de förändrade elektronspinntillstånden av järn i det mineralet drastiskt påverkar de elastiska egenskaperna hos magnesiow? . Forskningen kan förklara de komplexa seismiska vågavvikelser som observerats i den nedersta manteln.
Som medförfattare till studien utarbetade Viktor Struzhkin:? Detta är den första studien som experimentellt visade att elasticiteten hos magnesiow? Stite signifikant förändras under lägre manteltryck som sträcker sig från över 500 000 till 1 miljon gånger trycket vid havsnivån (1 atmosfär ). Magnesiow-stite, innehållande 20% järnoxid och 80% magnesiumoxid, tros utgöra ungefär 20% av den nedre manteln i volym. Vi fann att när de utsattes för tryck mellan 530.000 och 660.000 atmosfärer, så gick järnets elektronspins från ett högspinnstillstånd (oparad) till ett lågt-spinnstillstånd (snurparat). Medan vi övervakade spinn-tillståndet för järn, mätte vi också förändringshastigheten i volymen (densitet) av magnesiow-stite genom den elektroniska övergången. Den informationen gjorde det möjligt för oss att avgöra hur seismiska hastigheter kommer att variera under övergången.?
? Överraskande nog reser seismiska vågor cirka 15% snabbare när elektronerna av järn snurras i magnesium-järnoxid ,? kommenterade medförfattaren Steven Jacobsen. ? Den uppmätta hastighetshoppet över övergången kan därför vara detekterbar seismiskt i den djupa manteln.? Experimenten genomfördes inuti en diamant-städtryckcell med den intensiva röntgenstrålkällan vid landets tredje generationens synkrotronkälla, Argonne National Laboratory nära Chicago.
? Den mystiska nedre mantelregionen kan inte samplas direkt. Så vi måste lita på experiment och teori. Eftersom vad som händer i jordens inre påverkar dynamiken på hela planeten, är det viktigt för oss att ta reda på vad som orsakar det ovanliga beteendet hos seismiska vågor i regionen ,? sade Lin. ? Fram till nu har jordforskare förstått jordens inre genom att bara ta hänsyn till rena oxider och silikater. Våra resultat påpekar helt enkelt att järn, den vanligaste övergångsmetallen över hela jorden, ger upphov till mycket komplexa egenskaper i det djupa området. Vi ser fram emot våra nästa experiment för att se om vi kan förfina vår förståelse för vad som händer där ,? avslutade han.
Ursprunglig källa: Carnegie Institution News Release
