Дослідники з ETH Zurich показали в лабораторії, як добре звичайний метал на кордоні між ядром Землі та мантією проводить тепло. Це змушує їх підозрювати, що тепло Землі може розсіюватися раніше, ніж вважалося раніше.
Еволюція нашої планети — це історія прохолоди: 4,5 мільярда років тому на поверхні молодої Землі панували екстремальні температури, і вона була покрита глибоким океаном магми. Протягом мільйонів років поверхня планети охолоджувалася, утворюючи крихку кору. Однак величезна теплова енергія, що виходить з надр Землі, викликає динамічні процеси, такі як мантійна конвекція, тектоніка плит і вулканізм.
Однак питання про те, як швидко охолоне Земля і скільки часу може знадобитися, щоб це безперервне охолодження припинило вищевказані теплові процеси, залишаються без відповіді.
Однією з можливих відповідей може бути теплопровідність мінералів, які утворюють кордон між ядром Землі та мантією.
Цей прикордонний шар є актуальним, оскільки саме тут липкі породи мантії Землі безпосередньо контактують з гарячим плавленням заліза та нікелю у зовнішньому ядрі планети. Температурний градієнт між двома шарами досить крутий, тому тут, ймовірно, буде багато тепла. Прикордонний шар в основному складається з мінералу бриджманіту. Однак дослідникам важко оцінити, скільки тепла цей мінерал передає від ядра Землі до мантії, оскільки експериментальна перевірка дуже важка.
Тепер професор ETH Мотохіко Муракамі та його колеги з Інституту науки Карнегі розробили складну систему вимірювань, яка дозволяє їм вимірювати теплопровідність бриджманіту в лабораторії в умовах тиску і температури, що панують всередині Землі. Для вимірювань вони використовували нещодавно розроблену систему вимірювання оптичної поглинання в імпульсному лазерному нагрітому алмазному блоці.
Вимірювальний прилад для визначення теплопровідності бриджманіту при високому тиску та максимальній температурі. Авторство: Murakami M, et al, 2021
«Ця система вимірювань дозволяє нам показати, що теплопровідність бриджманіту приблизно в 1,5 рази вище, ніж передбачалося», – говорить Муракамі. Це вказує на те, що тепловий потік від ядра до мантії також вище, ніж вважалося раніше. Більший тепловий потік, у свою чергу, збільшує конвекцію в мантії і прискорює охолодження Землі. Це може призвести до того, що рух тектоніки плит, який підтримується конвективними рухами в мантії, сповільниться швидше, ніж очікували дослідники, виходячи з попередніх значень теплопровідності.
Муракамі та його колеги також показують, що швидке охолодження мантії змінить стабільні мінеральні фази на кордоні ядро-мантія. При охолодженні бриджманіт перетворюється на мінерал постперовскіт. Але як тільки постперовскіт з’являється на межі ядро-мантія і починає домінувати, охолодження мантії може насправді прискоритися, за оцінками дослідників, оскільки цей мінерал проводить тепло ефективніше, ніж бриджманіт.
«Наші результати можуть дати нам новий погляд на еволюцію динаміки Землі. Вони припускають, що Земля, як і інші скелясті планети Меркурій та МарсВін охолоджується і стає інертним набагато швидше, ніж очікувалося», — пояснює Муракамі.
Однак він не може сказати, скільки часу знадобиться, наприклад, для припинення конвективних течій в мантії. «Ми все ще недостатньо знаємо про такі типи подій, щоб визначити їх час». Для цього спочатку потрібно краще зрозуміти, як працює конвекція в мантії простору і часу. Більше того, вченим необхідно уточнити, як розпад радіоактивних елементів у надрах Землі – одного з основних джерел тепла – впливає на динаміку мантії.
Довідка: «Радіаційна теплопровідність монокристалічного бриджманіту на кордоні ядро-мантія з наслідками для теплової еволюції Землі» Мотохіко Муракамі, Олександра Ф. Гончарова, Нобуйоші Міядзіма, Дайсуке Ямазакі та Ніколаса Холтгроува, 8 грудня 2021 р., Листи про Землю та планету.
DOI: 10.1016 / j.epsl.2021.117329
“Професійний вирішувач проблем. Тонко чарівний любитель бекону. Геймер. Завзятий алкогольний ботанік. Музичний трейлер”
