Juli 13, 2024

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Ein unbekanntes Phänomen schafft eine mysteriöse neue Ebene: ScienceAlert

Ein unbekanntes Phänomen schafft eine mysteriöse neue Ebene: ScienceAlert

Wasser von der Erdoberfläche kann tief in den Planeten eindringen, und neue Forschungsergebnisse erklären, wie es den äußeren Bereich des flüssigen Metallkerns verändert.

Die Entdeckung könnte das Vorhandensein einer dünnen Materialschicht im Inneren des Planeten erklären, die Geologen seit Jahrzehnten vor Rätsel stellt.

Die Erdkruste besteht aus tektonischen Platten, die reiben und untereinander gleiten; Über Milliarden von Jahren hinweg Subduktion Die Gebiete leiteten das Wasser nach unten Mantel.

Wenn dieses Wasser die Kerngrenze des Erdmantels erreicht, etwa 2.900 Kilometer (1.800 Meilen) unter der Oberfläche, löst es eine starke chemische Reaktion aus. Ein Team aus Südkorea, den USA und Deutschland zeigte, dass dadurch eine wasserstoffreiche obere Schicht entsteht, die Kieselsäure in den unteren Mantel befördert.

„Viele Jahre lang galt der physikalische Austausch zwischen Erdkern und Erdmantel als minimal.“ sagen Der Materialwissenschaftler Dan Shim von der Arizona State University.

„Unsere jüngsten Experimente bei hohem Druck zeigen jedoch eine andere Geschichte. Wir haben herausgefunden, dass Wasser, wenn es die Grenze zwischen Kern und Mantel erreicht, mit Silizium im Kern reagiert und Kieselsäure bildet.“

Illustration des Erdinneren, die das abtauchende Wasser zeigt. (Yonsei-Universität)

Die Äußerer KernDie Mischung aus Eisen und Nickel spielt eine wichtige Rolle bei der Erzeugung des Erdmagnetfelds, das das Leben auf dem Planeten im Wesentlichen vor Sonnenwind und Strahlung schützt. Daher ist es wichtig zu verstehen, wie das Erdinnere funktioniert und wie es sich im Laufe der Zeit entwickelt hat.

Die Grenze zwischen Erdkern und Erdmantel verändert sich stark von Silikat zu Metall, und über den chemischen Austausch ist wenig bekannt.

Für JahrzehnteRegistrieren Sie Forscher Seismische Wellen Durch das viskose Innere der Erde wurde eine dünne Schicht von mehr als einigen hundert Kilometern Dicke dokumentiert, aber bisher wusste niemand, woher diese vorgeschlagene „E Prime“-Schicht stammt.

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„Wir vermuten, dass ein solcher chemischer Austausch zwischen Kern und Mantel über Gigajahre tiefen Wassertransports zur Bildung des mutmaßlichen Protostratum E beigetragen haben könnte.“ schreiben.

Seismologen haben einige ungewöhnliche Merkmale kartiert, die darauf hindeuten, dass diese veränderte, flüssige Mineralschicht weniger dicht ist und langsamere seismische Geschwindigkeiten aufweist. Es wird angenommen, dass diese Dichteunterschiede auf unterschiedliche Konzentrationen leichter Elemente wie Wasserstoff oder Silizium zurückzuführen sind.

Eine Erhöhung der Konzentration eines einzelnen optischen Elements würde jedoch dazu führen, dass die Geschwindigkeit zunimmt und gleichzeitig die Dichte abnimmt, was es schwierig macht, die seismische Beobachtung mit der dynamischen Stabilität der primären E-Schicht in Einklang zu bringen.

Als mögliche Erklärung wurde die Erhöhung der Konzentration eines leichten Elements bei gleichzeitiger Verringerung der Konzentration eines anderen Lichtelements angeführt. Wissenschaftler waren sich dieses Austauschprozesses jedoch nicht bewusst.

Das Team verwendete einen heißen Laser Diamant-Ambosszellen Nachahmung der Druck- und Temperaturbedingungen an der Kern-Mantel-Grenze.

Sie zeigten, dass in den Erdkern eingedrungenes Wasser chemisch mit dortigen Materialien reagieren kann, um den äußeren Kern in eine wasserstoffreiche Schicht umzuwandeln und Quarzkristalle zu zerstreuen, die aufsteigen und sich mit dem Erdmantel verbinden.

Kristallartige Strukturen, die aus der feurigen Flüssigkeit aufsteigen
Illustration von Quarzkristallen, die durch die Subtraktion von Wasser aus dem flüssigen Metall im äußeren Erdkern entstehen und eine chemische Reaktion auslösen. (Dan Shim/Arizona State University)

Die Schicht aus wasserstoffreichem, siliziumarmem Material, die sich oben im Kern bildet, wird eine geringere Dichte und eine geringere Geschwindigkeit aufweisen, was mit Beobachtungen seismischer Wellen übereinstimmt.

Der sich verändernde Trägerfilm wiederum kann erhebliche Auswirkungen auf den Film haben TiefwasserkreislaufDas Team sagt, dass ihre Ergebnisse auf einen globalen Wasserkreislauf hindeuten, der komplexer ist, als wir dachten.

„Diese Entdeckung, zusammen mit unserer Vorherige Anmerkung Von Diamanten, die durch die Reaktion von Wasser mit Kohlenstoff in flüssigem Eisen unter extremem Druck entstehen.“ Shim sagen„Es deutet auf eine viel dynamischere Wechselwirkung zwischen Kern und Mantel hin, was auf einen erheblichen physikalischen Austausch hinweist.“

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Die Studie wurde veröffentlicht in Natürliche Erdwissenschaften.