Новый взгляд на строение Земли предложили швейцарские ученые
28 октября 2020 г.
Ученые исследовали образец бриджманита, чтобы лучше понять, как устроено вещество мантии Земли. Результаты исследования были опубликованы в журнале PNAS.
Многие геофизики предполагают, что мантия Земли в целом преимущественно состоит из богатой магнием породы, которая, в свою очередь, имеет состав, аналогичный составу перидотитовой породы, обнаруженной на поверхности Земли. Результаты предыдущих исследований перидотитов демонстрируют соотношение магния к кремнию ~ 1.3.
«Предположение о том, что состав мантии Земли более или менее однороден, основано на относительно простой гипотезе, – объясняет профессор экспериментальной физики минералов Мотохико Мураками. – Она заключается в том, что мощные конвекционные потоки в мантии, которые также приводят в движение тектонические плиты у поверхности Земли, постоянно перемешивают мантийное вещество. Но, возможно, что эта теория является слишком упрощенной».
Большая часть данных о нижней мантии получена косвенным путем – с помощью вычислений и лабораторных экспериментов. Для понимания процессов, происходящих в глубине Земли, ученым необходимо знать зависимости скоростей распространения продольных и поперечных волн, модуля упругости, плотности, коэффициента термического расширения, удельной теплоемкости, температуры плавления, вязкости, электро- и теплопроводности горных пород – от давления.
Образцы горных пород исследуются геофизиками при высоких давлениях в лаборатории (под действием ударного сжатия или в специальных камерах высокого давления с алмазными наковальнями – diamond anvil cell). На основе результатов исследования их свойств интерпретируются данные о скоростях распространения сейсмических волн и распределении плотности вещества в недрах Земли.
Ученые из Швейцарской высшей технической школы Цюриха поместили образец горной породы в камеру высокого давления с алмазными наковальнями (DAC, Diamond Anvil Cell) и, зажав кристалл железосодержащего бриджманита (разновидность силикатного перовскита) между алмазными наковальнями, постепенно повышали давление (до 124 ГПа), а также нагревали камеру с помощью лазера, моделируя условия на разных глубинах мантии Земли. Анализ спектров излучения раскаленного и спрессованного минерала проводился методом спектроскопии рассеяния Мандельштама-Бриллюэна.
Образец бриджманита был выбран не случайно. Эта магнезиальная разновидность силикатного перовскита имеет формулу MgSiO3 и в основном существуют в нижней части мантии Земли, на глубинах 670-2700 км. Своё название он получил в честь физика Перси Бриджмана, который в 1946 году был удостоен Нобелевской премии по физике за исследования высокого давления.
Результаты исследования подтверждают теорию о том, что состав нижней мантии отличается от состава верхней мантии, утверждают ученые. «По нашим оценкам, бриджманит составляет от 88 до 93 процентов нижней мантии, – говорит профессор Мураками, – что дает нам соотношение магний-кремний примерно 1.1».
Читать подробнее: Experimental evidence for silica-enriched Earth's lower mantle with ferrous iron dominant bridgmanite
Источник: PNAS
Перевод/адаптация текста: «Вестник ОНЗ РАН»