تشير دراسة إلى وجود محيطين من الصهارة في عمق الأرض الفتية

جمع فريق من العلماء الأوروبيين أدلة جديدة على سلوك الصخور المنصهرة الغنية بالسيليكا في أعماق باطن الأرض. في درجات الحرارة المرتفعة والضغوط التي تمت محاكاتها في المختبر ، لاحظ العلماء التغيرات الهيكلية في ذرات السيليكون التي أثرت على كثافة المادة المنصهرة. قد تكون هذه التغييرات قد أدت إلى وجود محيطين من الصهارة مفصولين بطبقة من المواد البلورية في الوشاح خلال فترة تكوين الأرض المبكرة. نُشر البحث في المجلة بتاريخ 7 تشرين الثاني 2013طبيعة سجية.


تشكلت الأرض منذ حوالي 4.5 مليار سنة ، وفي البداية كانت مغطاة إلى حد كبير بالصخور المنصهرة الساخنة. بردت الأرض ببطء وتشكلت قشرة. اليوم ، تتكون الأرض من عدة طبقات تتكون من القشرة الصلبة ، والوشاح الصلب نسبيًا ، واللب الخارجي السائل ، واللب الداخلي الصلب.

قشرة الأرض-عباءة-الأساسية-lbl-580

مقطع من الأرض يظهر القشرة والعباءة واللب. حقوق الصورة: مختبر لورانس بيركلي الوطني.


بينما لا يمكن للعلماء أخذ عينات من أعماق باطن الأرض ، يمكنهم معرفة القليل عن الوشاح من خلال تعريض عينات من الصخور البركانية لدرجات حرارة عالية وضغوط مماثلة في المختبر. تتيح مرافق البحث الجديدة إجراء هذه الدراسات في ضغوط أعلى من أي وقت مضى ، والتي تنتج بيانات حول أعماق أعمق من أي وقت مضى.

أخضعت دراسة جديدة عينات من البازلت الغني بالسيلكا لضغوط تصل إلى 60 جيجا باسكال ودرجات حرارة تصل إلى 3000 درجة مئوية (5432 درجة فهرنهايت). مع اقتراب الضغوط من 35 جيجا باسكال (أي ما يعادل 350.000 ضعف ضغط الغلاف الجوي على السطح) ، أعيد تنظيم ذرات السيليكون والأكسجين من هيكل رباعي السطوح بأربعة روابط كيميائية إلى هيكل أكثر إحكاما مع ستة روابط كيميائية. كان لهذا تأثير ملحوظ على كثافة المادة. يقول العلماء إن مثل هذه التغييرات في الوشاح لعبت على الأرجح دورًا مهمًا في تكوين البنية الداخلية للأرض. تشير البيانات الحالية إلى أنه ربما كان هناك محيطان من الصهارة مفصولتان بطبقة من المواد البلورية خلال فترة تكوين الأرض المبكرة.

ستيشوفيت -580

Stishovite ، وهو شكل كثيف من مادة السيليكات الموجودة في وشاح الأرض السفلي. تمثل الذرات الحمراء الست ارتباط الأكسجين بذرة السيليكون. حقوق الصورة: عالم المواد.

كريستيل سانلوب ، المؤلف الرئيسي للدراسة ، هي زميلة أبحاث في مركز العلوم في الظروف القاسية وكلية الفيزياء وعلم الفلك بجامعة إدنبرة في المملكة المتحدة. وعلقت على أهمية العمل فيخبر صحفى:




تتيح المختبرات الحديثة للعلماء إعادة خلق ظروف عميقة في باطن الأرض ، وتعطينا نظرة ثاقبة حول كيفية تصرف المواد في مثل هذه الحالات المتطرفة. يساعدنا هذا في البناء على ما نعرفه بالفعل عن كيفية تشكل الأرض.

مركز العلوم في الظروف القاسية (CSEC) هو برنامج بحث تعاوني تأسس في أبريل 2004. يستكشف الباحثون في البرنامج مجموعة متنوعة من الموضوعات العلمية المتطورة بما في ذلك كيف تتكيف الكائنات الحية المتطرفة ('شديدة المحبة') مع الضغوط العالية و كيف يتشكل الجليد شديد الضغط على الكواكب الخارجية مثل أورانوس ونبتون. يعد اكتشاف مواد موصلة جديدة يمكن تصنيعها تحت ضغط ودرجات حرارة عالية مجالًا نشطًا للبحث في CSEC.

البحث المنشور حديثًا فيطبيعة سجيةتم إجراؤه باستخدام أجهزة PETRAIII (Positron-Electron Tandem Ring Accelerator III) ، وهي مصدر لإشعاع السنكروترون ، في Deutsches Elektronen-Synchrotron (المعروف باسم DESY) في هامبورغ ، ألمانيا. تم تمويل البحث جزئياً من قبل مجلس البحوث الأوروبي ووزارة التعليم والبحث الفيدرالية الألمانية. شمل المؤلفون المشاركون في الدراسة جيمس درويت ، وزوزانا كونوبكوفا ، وفيليب دالاداي سيمبسون ، ودونا مورتون ، وناتشيكيتا راي ، ويم فان ويسترينين ، وولفغانغ مورغنروث.

الخلاصة:دراسةنشرت في المجلةطبيعة سجيةفي 7 نوفمبر 2013 ، حصلنا على أدلة جديدة على سلوك الصخور المنصهرة الغنية بالسيليكا في أعماق باطن الأرض. في درجات الحرارة المرتفعة والضغوط التي تمت محاكاتها في المختبر ، لاحظ العلماء التغيرات الهيكلية في ذرات السيليكون التي أثرت على كثافة المادة المنصهرة. قد تكون هذه التغييرات قد أدت إلى اثنين من محيطات الصهارة مفصولة بطبقة من المواد البلورية في الوشاح خلال فترة تكوين الأرض.


اكتشف العلماء طبقة من الصخور المنصهرة المُسالة في وشاح الأرض

فكرة جديدة لكيفية تشكل نواة الأرض