Neue Ergebnisse zeigen ein überraschendes Verhalten von Mineralien tief im Inneren der Erde

Während Sie dies lesen, liegt über 400 Meilen unter Ihnen eine riesige Welt mit extremen Temperaturen und Drücken, die länger brodelt und sich entwickelt, als Menschen auf dem Planeten waren. Jetzt veranschaulicht ein detailliertes neues Modell von Caltech-Forschern das überraschende Verhalten von Mineralien tief im Inneren des Planeten über Millionen von Jahren und zeigt, dass die Prozesse tatsächlich auf eine völlig entgegengesetzte Weise zu dem ablaufen, was zuvor theoretisiert wurde.

Die Forschung wurde von einem internationalen Team von Wissenschaftlern durchgeführt, darunter Jennifer M. Jackson, William E. Leonhard Professor für Mineralphysik. Ein Artikel, der die Studie beschreibt, erscheint in der Zeitschrift Natur 11. Januar.

„Trotz der enormen Größe des Planeten werden die tiefsten Teile oft übersehen, weil sie buchstäblich außer Reichweite sind – wir können sie nicht untersuchen“, sagt Jackson. “Außerdem sind diese Prozesse so langsam, dass sie uns nicht wahrnehmbar erscheinen. Aber die Strömung im unteren Mantel kommuniziert mit allem, was sie berührt, es ist ein tiefer Motor, der wirkt tektonischen Platten und kann die vulkanische Aktivität kontrollieren.”

Der untere Mantel des Planeten ist fester Felsaber über Hunderte von Millionen Jahren sickert es langsam wie dicker Karamell heraus und trägt Wärme in einem Prozess namens Konvektion durch das Innere des Planeten.

Viele Fragen zu den Mechanismen, die diese Konvektion ermöglichen, bleiben unbeantwortet. Die extreme Temperaturen und niedrigere Manteldrücke – bis zu 135 Gigapascal und Tausende Grad Fahrenheit – erschweren die Simulation im Labor.

Zum Vergleich: Der Druck am unteren Mantel ist fast tausendmal höher als der Druck an der tiefsten Stelle des Ozeans. Während viele mineralphysikalische Laborexperimente Hypothesen über das Verhalten von Gesteinen des unteren Mantels geliefert haben, sind die Prozesse, die auf geologischen Zeitskalen ablaufen, um den langsamen Fluss der Konvektion des unteren Mantels anzutreiben, ungewiss.

Die Unterer Mantel besteht hauptsächlich aus einem Magnesiumsilikat namens Bridgmanit, enthält aber auch eine kleine, aber bedeutende Menge eines Magnesiumoxids namens Periklas, gemischt mit Bridgmanit, zusätzlich zu kleinen Mengen anderer Mineralien. Laborexperimente hatten zuvor gezeigt, dass Periklas schwächer als Bridgmanit ist und sich leichter verformt, aber diese Experimente berücksichtigten nicht das Verhalten von Mineralien auf der Skala von Millionen von Jahren. Bei der Einbeziehung dieser Zeitskalen in einen Komplex BerechnungsmodellJackson und seine Kollegen fanden heraus, dass Periklaskörner tatsächlich stärker sind als das sie umgebende Bridgmanit.

„Sie können die Boudinage-Analogie im verwenden Rock-Rekord [image at right]wo Würstchen, was auf Französisch Wurst bedeutet, in einer Schicht aus steifem, ‘stärkerem’ Gestein zwischen weniger fähigen, ‘schwächeren’ Gesteinen wachsen”, sagt Jackson.

„Als weitere Analogie denken Sie an Erdnussbutterstücke“, sagt Jackson. “Wir dachten jahrzehntelang, dass Periklas das “Öl” in Erdnussbutter sei und als Schmiermittel zwischen den härteren Bridgmanit-Körnern fungiert. Basierend auf dieser neuen Studie stellt sich heraus, dass Periklas-Körner wie die “Nüsse” in großen Erdnussbutter wirken. Periklas-Körner folgen einfach dem Fluss, beeinflussen aber das viskose Verhalten nicht, außer unter Umständen, in denen die Körner hoch konzentriert sind.Wir zeigen, dass die Mobilität in Periklas unter Druck viel langsamer ist als in Bridgmanit.Es gibt eine Umkehrung des Verhaltens: Periklas verformt sich wenig, während Die Hauptphase, Bridgmanit, kontrolliert die Verformung im tiefen Erdmantel.

Das Verständnis dieser extremen Prozesse, die weit unter unseren Füßen ablaufen, ist wichtig, um genaue vierdimensionale Simulationen unseres Planeten zu erstellen, und es hilft uns auch, andere Planeten besser zu verstehen. Tausende von Exoplaneten (Planeten außerhalb unseres Sonnensystem) wurden nun bestätigt, und erfahren Sie mehr über Mineralphysik unter extreme Bedingungen gibt neue Einblicke in die Entwicklung von Planeten radikal anders als bei uns.