Nghệ sĩ Quan niệm về các lớp bên trong Trái đất. Tín dụng hình ảnh: S. Jacobsen, M. Wysession và G. Caras. Nhấn vào đây để phóng to
Gần đây, nhà địa chấn học đã quan sát thấy rằng tốc độ và hướng của sóng địa chấn trong Earth? S lớp phủ dưới, giữa 400 và 1.800 dặm dưới bề mặt, khác nhau rất nhiều. ? Tôi nghĩ rằng chúng ta có thể đã phát hiện ra lý do tại sao sóng địa chấn di chuyển không nhất quán ở đó,? Jung-Fu Lin đã tuyên bố. * Lin đã làm việc với Phòng thí nghiệm địa vật lý của Viện Carnegie tại thời điểm nghiên cứu và là tác giả chính của bài báo được xuất bản vào ngày 21 tháng 7, số ra của tạp chí Nature. Cho đến khi nghiên cứu này, các nhà khoa học đã đơn giản hóa tác dụng của sắt đối với vật liệu lớp phủ. Nó là kim loại chuyển tiếp phong phú nhất trên hành tinh và kết quả của chúng tôi không phải là những gì các nhà khoa học đã dự đoán ,? anh ấy tiếp tục. ? Chúng ta có thể phải xem xét lại những gì chúng ta nghĩ là sẽ đi trong vùng ẩn đó. Nó phức tạp hơn nhiều so với chúng ta tưởng tượng.
Áp lực nghiền trong lớp phủ dưới ép các nguyên tử và electron gần nhau đến mức chúng tương tác khác nhau trong điều kiện bình thường, thậm chí buộc các electron quay tròn ghép thành quỹ đạo. Về lý thuyết, hành vi sóng địa chấn ở những độ sâu đó có thể là kết quả của hiệu ứng áp suất kẹp đối với trạng thái spin electron của vật liệu trong các vật liệu lớp phủ thấp hơn. Nhóm nghiên cứu của Lin đã thực hiện các thí nghiệm áp suất cực cao trên vật liệu oxit dồi dào nhất ở đó, magnesiow? Stite (Mg, Fe) O, và thấy rằng trạng thái spin điện tử thay đổi của sắt trong khoáng chất đó ảnh hưởng mạnh đến tính chất đàn hồi của magnesiow . Nghiên cứu có thể giải thích các dị thường sóng địa chấn phức tạp quan sát thấy ở lớp phủ thấp nhất.
Như đồng tác giả của nghiên cứu Viktor Struzhkin đã xây dựng: "Đây là nghiên cứu đầu tiên chứng minh bằng thực nghiệm rằng độ đàn hồi của magnesiow thay đổi đáng kể dưới áp lực lớp phủ thấp hơn, từ hơn 500.000 đến 1 triệu lần áp suất ở mực nước biển (1 bầu khí quyển ). Magnesiow? Stite, chứa 20% oxit sắt và 80% oxit magiê, được cho là chiếm khoảng 20% lớp phủ dưới theo thể tích. Chúng tôi thấy rằng khi chịu áp lực từ 530.000 đến 660.000 bầu khí quyển, các spin electron của sắt đã chuyển từ trạng thái spin cao (không ghép đôi) sang trạng thái spin thấp (ghép đôi). Trong khi theo dõi trạng thái spin của sắt, chúng tôi cũng đã đo tốc độ thay đổi về âm lượng (mật độ) của magnesiow? Stite thông qua quá trình chuyển đổi điện tử. Thông tin đó cho phép chúng tôi xác định vận tốc địa chấn sẽ thay đổi như thế nào trong quá trình chuyển đổi.?
Đáng ngạc nhiên, sóng địa chấn khối lượng lớn đi nhanh hơn khoảng 15% một khi các electron của sắt được ghép với nhau trong oxit sắt magiê ,? đồng tác giả bình luận Steven Jacobsen. Do đó, tốc độ đo được nhảy qua quá trình chuyển đổi có thể được phát hiện địa chấn trong lớp phủ sâu. Các thí nghiệm được tiến hành bên trong một tế bào áp suất kim cương bằng nguồn ánh sáng tia X cường độ mạnh tại nguồn synchrotron thế hệ thứ ba của quốc gia, Phòng thí nghiệm quốc gia Argonne gần Chicago.
? Vùng phủ dưới bí ẩn không thể được lấy mẫu trực tiếp. Vì vậy, chúng tôi phải dựa vào thử nghiệm và lý thuyết. Vì những gì xảy ra trong nội địa Trái đất ảnh hưởng đến động lực của toàn hành tinh, điều quan trọng đối với chúng tôi là tìm hiểu điều gì gây ra hành vi bất thường của sóng địa chấn trong khu vực đó ,? Lin nói. Cho đến nay, các nhà khoa học trái đất đã hiểu nội tâm của Trái đất bằng cách chỉ xem xét các oxit và silicat tinh khiết. Kết quả của chúng tôi chỉ đơn giản chỉ ra rằng sắt, kim loại chuyển tiếp dồi dào nhất trên toàn Trái đất, tạo ra các tính chất rất phức tạp ở vùng sâu đó. Chúng tôi mong muốn các thử nghiệm tiếp theo của chúng tôi để xem liệu chúng tôi có thể tinh chỉnh hiểu biết của chúng tôi về những gì đang xảy ra ở đó không? anh kết luận.
Nguồn gốc: Bản tin của Viện Carnegie
