Воссоздание условий земной мантии решает давнюю геологическую тайну

Наука никогда не бывает простой, но особенно сложно, когда вы не видите, не трогаете и даже не взаимодействуете с объектом изучения. Рассмотрим тяжелое положение геофизика, заинтересованного в строении и структуре Земли. Не имея возможности выкопать образец сверхвысокой, сверхпрочной мантии нашей планеты, как они могут выяснить ее свойства?

Ответ отчасти дают сейсмические волны. Когда земля дрожит, как при землетрясении, вибрации проходят и взаимодействуют со всеми материалами на своем пути. Это может предоставить ученым средства визуализации всех этих материалов, позволяя им фактически заглянуть под поверхность.

Но иногда этого недостаточно. Если модели сообщают, что вибрации - аналогичные звуковым волнам в некоторых случаях - должны распространяться с определенной скоростью, но данные показывают, что это не так, у ученого остается аномалия. Что-то не так, но без какого-либо воссоздания невероятных условий в сотнях километрах от поверхности, как ученые могут выяснить, что именно?

Именно такая проблема преследует геофизиков, изучающих внутреннее строение Земли, которые заметили, что вибрации от землетрясений, проходящих через мантию, идут медленнее, чем они должны быть.

Их работа сводится к определенному минералу, силикату кальция (CaSiO₃), расположенному в так называемой структуре перовскита . Ученые называют это перовскитом силиката кальция или просто CaPv. Этот минерал является основной частью мантии Земли, обширной областью между поверхностью и внутренним ядром.

Сама мантия разделена на верхнюю и нижнюю, и граница между ними на глубине около 650 км, но она все еще остается загадкой для ученых. Вот где они нашли некоторые из этих аномальных скоростей бегущих звуковых волн. Возможно, одна из причин была в том, что измерения не совпадали с моделями, потому что ученые не полностью понимали, как CaPv ведет себя в мантии. Но трудно сказать наверняка, так ли это, потому что при этих адски высоких температурах CaPv приобретает кубическую структуру, которая распадается на другие формы при температурах ниже примерно 600 Кельвин.

Как утверждают авторы: «Несмотря на свою важность, в кубическом CaPv при высокой температуре не проводилось никаких измерений скоростей звука, потому что эта фаза не может быть достигнута в условиях окружающей среды, и, следовательно, для таких измерений нет подходящей выборки».

Исследователи синтезировали некоторое количество кубического CaPv и хранили его при температуре до 1700 К и давлении до 23 млрд. Паскалей (для сравнения, стандартное давление воздуха составляет 101 000 паскалей). Минерал сохранил свою кубическую форму в этих экстремальных условиях, что позволило команде проводить ультразвуковые измерения скорости звука. Они обнаружили, что материал на самом деле не ведет себя так, как предсказывали теории: CaPv примерно на 26 процентов менее твердый, чем ожидалось, поэтому звуковые волны на самом деле будут проходить через него медленнее. Это открытие разрешает конфликт между мантийными моделями и экспериментальными данными. Медленно, но верно, ученые находят лучшие способы взглянуть и понять невидимые глубины под поверхностью Земли.

Фото: hekmatbazar.ir