Zemlja je možda predala svoje najdublje tajne dvojici kalifornijskih geohemičara, koji su koristili opsežne računalne simulacije da sastave najraniju povijest jezgre našeg planeta.
Ovaj shematski prikaz Zemljine kore i plašta pokazuje rezultate njihove studije, koja je utvrdila da bi ekstremni pritisci koncentrirali teže željezne izotope željeza na dnu plašta dok bi se kristalizirao iz oceana magme.
Korištenjem super-računala za virtualno cijeđenje i zagrijavanje minerala koji nose željezo u uvjetima koji bi postojali kada bi se Zemlja kristalizirala iz oceana magme u svoj čvrsti oblik prije 4,5 milijardi godina, dvojica znanstvenika - sa kalifornijskog sveučilišta u Davisu - proizveli su prvu sliku kako su različiti izotopi željeza u početku bili distribuirani u čvrstoj Zemlji.
Otkriće bi moglo dovesti do vala istraživanja evolucije Zemljineg plašta, sloja materijala dubokog oko 1800 milja koji se proteže od točno ispod tanke kore planeta do njegove metalne jezgre.
"Sada kada imamo neku ideju o tome kako su ti izotopi željeza izvorno raspoređeni na Zemlji," rekao bi glavni autor studije James Rustad, "trebali bismo biti u mogućnosti pomoću izotopa pratiti unutarnji rad Zemljinog motora."
Časopis je objavio internetski članak koji opisuje studiju Rustada i koautora Qing-zhu YinGeoznanost prirode u nedjelju, 14. lipnja, prije objavljivanja u tisku u srpnju.
U sendviču između Zemljine kore i jezgre, ogromni plašt čini oko 85 posto volumena planete. Na ljudskoj vremenskoj ljestvici, ovaj ogromni dio naše kugle čini se čvrstim. Ali tijekom milijuna godina, toplina iz rastaljene jezgre i vlastiti radioaktivni raspad plašta uzrokuju da se polako zacrnje, poput guste juhe nad slabim plamenom. Ova cirkulacija je pokretačka snaga površinskog gibanja tektonskih ploča koja gradi planine i uzrokuje zemljotrese.
Jedan izvor informacija koji daje uvid u fiziku ove viskozne mase jesu četiri stabilna oblika željeza ili izotopi koji se mogu naći u stijenama koje su se uzdizale do Zemljine površine u grebenima srednjeg okeana gdje se događa širenje morskog dna i na žarištima. poput havajskih vulkana koji iskaču kroz Zemljinu koru. Geolozi sumnjaju da dio ovog materijala potječe na granici između plašta i jezgre nekih 1800 milja ispod površine.
"Geolozi koriste izotope za praćenje fizikalno-kemijskih procesa u prirodi kao što biolozi koriste DNK za praćenje evolucije života", rekao je Yin.
Budući da će sastav izotopa željeza u stijenama varirati ovisno o tlaku i temperaturnim uvjetima u kojima je stvorena stijena, Yin je rekao, u principu, geolozi bi mogli koristiti izotope željeza u stijenama prikupljenim na vrućim točkama širom svijeta za praćenje geološke povijesti plašta , Ali da bi to učinili, prvo bi trebali znati kako su izotopi izvorno raspoređeni u Zemljinom prvobitnom magmanskom okeanu kada se ohladio i otvrdnuo.
Yin i Rustad istražili su kako bi konkurentski učinci ekstremnog pritiska i temperature duboko u Zemljinoj unutrašnjosti utjecali na minerale u donjem plaštu, zoni koja se proteže od oko 400 milja ispod zemljine kore do granice jezgre. Temperature do 4.500 stupnjeva Kelvina u regiji smanjuju izotopske razlike između minerala do minimalne razine, dok pritisci drobljenja imaju tendenciju da mijenjaju osnovni oblik samog željeznog atoma, fenomen poznat kao elektronski spin prijelaz.
Par je izračunao sastav željeza izotopa iz dva minerala pod različitim temperaturama, pritiscima i različitim elektronskim stanjima za spin za koje se sada zna da se javljaju u donjem plaštu. Dva minerala, feroperovskit i feroperiklaza, sadrže gotovo cijelo željezo koje se nalazi u ovom dubokom dijelu Zemlje.
Proračuni su bili toliko složeni da je za svaku seriju Rustad i Yin prolazila kroz računalo potrebno je mjesec dana.
Yin i Rustad utvrdili su da bi ekstremni pritisci koncentrirali teže željezne izotope blizu dna plašta.
Istraživači planiraju dokumentirati varijacije izotopa željeza u čistim kemikalijama podvrgnutim temperaturama i pritiscima u laboratoriju koji su jednaki onima koji se nalaze na granici plašta jezgre. Na kraju, rekao je Yin, nadaju se da će njihova teorijska predviđanja biti provjerena u geološkim uzorcima dobivenim iz donjeg plašta.
Izvor: Eurekalert
