Trái đất có thể đã từ bỏ những bí mật trong cùng của mình cho một cặp nhà địa lý học California, những người đã sử dụng các mô phỏng máy tính rộng rãi để ghép lại lịch sử sớm nhất của lõi hành tinh của chúng ta.
Sơ đồ này của lớp vỏ Trái đất và lớp phủ cho thấy kết quả nghiên cứu của họ, cho thấy áp lực cực lớn sẽ tập trung các đồng vị nặng hơn sắt ở gần đáy của lớp phủ khi nó kết tinh từ một đại dương magma.
Bằng cách sử dụng một siêu máy tính để hầu như ép và đốt nóng các khoáng chất chứa sắt trong các điều kiện tồn tại khi Trái đất kết tinh từ một đại dương magma thành dạng rắn 4,5 tỷ năm trước, hai nhà khoa học - từ Đại học California ở Davis - đã tạo ra bức tranh đầu tiên về cách các đồng vị sắt khác nhau ban đầu được phân phối trong Trái đất rắn.
Khám phá này có thể mở ra một làn sóng các cuộc điều tra về sự tiến hoá của lớp vỏ Trái Đất, một lớp vật liệu khoảng 1.800 dặm sâu kéo dài từ bên dưới lớp vỏ mỏng của hành tinh để lõi kim loại của nó.
Bây giờ chúng ta có một số ý tưởng về cách các đồng vị sắt này ban đầu được phân phối trên Trái đất, James cho biết, tác giả nghiên cứu chính James Rustad, chúng ta có thể sử dụng các đồng vị để theo dõi hoạt động bên trong của động cơ Earth.
Một bài báo mô tả nghiên cứu của Rustad và đồng tác giả Qing-zhu Yin đã được đăng trên mạng bởi tạp chíKhoa học tự nhiên vào Chủ nhật, ngày 14 tháng 6, trước khi xuất bản in vào tháng Bảy.
Bị kẹp giữa lớp vỏ Trái đất và lõi, lớp phủ rộng lớn chiếm khoảng 85% khối lượng hành tinh. Theo thang thời gian của con người, phần lớn của quả cầu của chúng ta dường như là rắn. Nhưng qua hàng triệu năm, nhiệt từ lõi nóng chảy và lớp phân rã phóng xạ của lớp vỏ khiến nó chậm chạp, giống như súp đặc trên ngọn lửa thấp. Sự lưu thông này là động lực đằng sau chuyển động bề mặt của các mảng kiến tạo, tạo nên những ngọn núi và gây ra động đất.
Một nguồn thông tin cung cấp cái nhìn sâu sắc về vật lý của khối nhớt này là bốn dạng ổn định, hoặc đồng vị, của sắt có thể tìm thấy trong các tảng đá nổi lên bề mặt Trái đất tại các rìa giữa đại dương nơi xảy ra sự lan rộng dưới đáy biển và tại các điểm nóng giống như những ngọn núi lửa của Hawaii thò lên qua lớp vỏ Trái đất. Các nhà địa chất nghi ngờ rằng một số bắt nguồn nguyên liệu này ở ranh giới giữa lớp vỏ và lõi 1.800 dặm bên dưới bề mặt.
Các nhà địa chất học sử dụng các đồng vị để theo dõi các quá trình hóa lý trong tự nhiên theo cách các nhà sinh học sử dụng DNA để theo dõi sự tiến hóa của sự sống, theo ông Yin Yin.
Do thành phần của đồng vị sắt trong đá sẽ thay đổi tùy theo điều kiện áp suất và nhiệt độ mà đá được tạo ra, theo nguyên tắc, các nhà địa chất có thể sử dụng đồng vị sắt trong đá thu thập tại các điểm nóng trên thế giới để theo dõi lịch sử địa chất của lớp phủ . Nhưng để làm như vậy, trước tiên họ cần phải biết các đồng vị ban đầu được phân phối như thế nào trong đại dương magma nguyên thủy Trái đất khi nó nguội đi và cứng lại.
Yin và Rustad điều tra như thế nào ảnh hưởng cạnh tranh áp lực cực đoan và nhiệt độ nằm sâu trong nội địa của Trái đất sẽ ảnh hưởng tới các khoáng chất trong lớp phủ dưới, vùng mà trải dài từ khoảng 400 dặm bên dưới bề mặt của hành tinh đến Điểm gián đoạn Gutenberg. Nhiệt độ lên tới 4.500 độ Kelvin trong khu vực làm giảm sự khác biệt đồng vị giữa các khoáng chất xuống mức rất nhỏ, trong khi áp lực nghiền có xu hướng thay đổi dạng cơ bản của chính nguyên tử sắt, một hiện tượng được gọi là chuyển tiếp spin điện tử.
Cặp đôi đã tính toán thành phần đồng vị sắt của hai khoáng chất dưới một phạm vi nhiệt độ, áp suất và trạng thái spin điện tử khác nhau hiện được biết là xảy ra ở lớp phủ dưới. Hai khoáng chất, ferroperovskite và ferropericlase, chứa hầu như tất cả các chất sắt xảy ra ở phần sâu này của Trái đất.
Các tính toán phức tạp đến mức mỗi loạt Rustad và Yin chạy qua máy tính cần một tháng để hoàn thành.
Yin và Rustad xác định rằng áp lực cực đoan sẽ tập trung các đồng vị nặng hơn sắt ở gần đáy của lớp phủ kết tinh.
Các nhà nghiên cứu có kế hoạch ghi lại sự biến đổi của các đồng vị sắt trong các hóa chất tinh khiết chịu nhiệt độ và áp suất trong phòng thí nghiệm tương đương với các chất được tìm thấy ở ranh giới lớp phủ lõi. Cuối cùng, Yin nói, họ hy vọng sẽ thấy các dự đoán lý thuyết của họ được xác minh trong các mẫu địa chất được tạo ra từ lớp phủ dưới.
Nguồn: Eurekalert
