Künstlerische Vorstellung von den inneren Schichten der Erde. Bildnachweis: S. Jacobsen, M. Wysession und G. Caras. klicken um zu vergrößern
Kürzlich haben Seismologen beobachtet, dass die Geschwindigkeit und Richtung der seismischen Wellen im unteren Erdmantel zwischen 400 und 1.800 Meilen unter der Oberfläche sehr unterschiedlich sind. "Ich denke, wir haben vielleicht herausgefunden, warum sich die seismischen Wellen dort so uneinheitlich ausbreiten." erklärte Jung-Fu Lin. * Lin war zum Zeitpunkt der Studie beim Geophysical Laboratory der Carnegie Institution und Hauptautor des in der Nature-Ausgabe vom 21. Juli veröffentlichten Papiers. Bis zu dieser Forschung haben Wissenschaftler die Auswirkungen von Eisen auf Mantelmaterialien vereinfacht. Es ist das am häufigsten vorkommende Übergangsmetall auf dem Planeten und unsere Ergebnisse entsprechen nicht den Vorhersagen von Wissenschaftlern. er machte weiter. Wir müssen möglicherweise überdenken, was unserer Meinung nach in dieser verborgenen Zone vor sich geht. Es ist viel komplexer als wir es uns vorgestellt haben.
Die Quetschdrücke im unteren Mantel drücken Atome und Elektronen so eng zusammen, dass sie anders als unter normalen Bedingungen interagieren und sogar drehende Elektronen dazu zwingen, sich in Bahnen zu paaren. Theoretisch kann das Verhalten seismischer Wellen in diesen Tiefen aus dem Vize-Greifdruckeffekt auf den Elektronenspinzustand von Eisen in Materialien mit niedrigerem Mantel resultieren. Lins Team führte Ultrahochdruckexperimente mit dem dort am häufigsten vorkommenden Oxidmaterial, Magnesiowstit (Mg, Fe) O, durch und stellte fest, dass die sich ändernden Elektronenspinzustände von Eisen in diesem Mineral die elastischen Eigenschaften von Magnesiowstit drastisch beeinflussen . Die Forschung könnte die komplexen seismischen Wellenanomalien erklären, die im untersten Mantel beobachtet werden.
Als Mitautor der Studie erläuterte Viktor Struzhkin: "Dies ist die erste Studie, die experimentell demonstriert, dass sich die Elastizität von Magnesiowstit unter niedrigeren Manteldrücken im Bereich von über 500.000 bis 1 Million Mal dem Druck auf Meereshöhe (1 Atmosphäre) signifikant ändert." ). Es wird angenommen, dass Magnesiostit, der 20% Eisenoxid und 80% Magnesiumoxid enthält, ungefähr 20 Vol .-% des unteren Mantels ausmacht. Wir fanden heraus, dass die Elektronenspins des Eisens bei Drücken zwischen 530.000 und 660.000 Atmosphären von einem High-Spin-Zustand (ungepaart) in einen Low-Spin-Zustand (Spin-Paired) übergingen. Während wir den Spin-Zustand von Eisen überwachten, haben wir auch die Änderungsrate des Volumens (der Dichte) von Magnesiostit durch den elektronischen Übergang gemessen. Diese Informationen ermöglichten es uns zu bestimmen, wie sich die seismischen Geschwindigkeiten während des Übergangs ändern werden.
"Überraschenderweise bewegen sich seismische Massenwellen etwa 15% schneller, sobald die Elektronen des Eisens im Magnesium-Eisenoxid spingepaart sind." kommentierte Co-Autor Steven Jacobsen. "Der gemessene Geschwindigkeitssprung über den Übergang könnte daher im tiefen Mantel seismisch nachweisbar sein." Die Experimente wurden in einer Diamant-Amboss-Druckzelle unter Verwendung der intensiven Röntgenlichtquelle an der Synchrotronquelle der dritten Generation des Landes, dem Argonne National Laboratory in der Nähe von Chicago, durchgeführt.
? Die mysteriöse untere Mantelregion kann nicht direkt abgetastet werden. Wir müssen uns also auf Experimente und Theorie verlassen. Da das, was im Erdinneren passiert, die Dynamik des gesamten Planeten beeinflusst, ist es für uns wichtig herauszufinden, was das ungewöhnliche Verhalten seismischer Wellen in dieser Region verursacht. erklärte Lin. Bisher haben Erdwissenschaftler das Erdinnere nur unter Berücksichtigung reiner Oxide und Silikate verstanden. Unsere Ergebnisse zeigen lediglich, dass Eisen, das weltweit am häufigsten vorkommende Übergangsmetall, in dieser tiefen Region zu sehr komplexen Eigenschaften führt. Wir freuen uns auf unsere nächsten Experimente, um zu sehen, ob wir unser Verständnis dessen, was dort passiert, verfeinern können. er schloss.
Originalquelle: Pressemitteilung der Carnegie Institution
