Durch den Wärmetransport aus dem Erdinneren entsteht im Erdmantel Konvektion. Dazu gehört die Verformung fester Gesteine über Milliarden von Jahren. In den letzten Jahren wurden erhebliche Fortschritte bei der Untersuchung von Anordnungen erzielt, die für den unteren Mantel unter den relevanten Druck- und Temperaturbedingungen repräsentativ sind.
In einer neuen Studie Caltech Wissenschaftler modelliert das überraschende Verhalten von Mineralien tief in der innerhalb des Planeten seit Millionen von Jahren. Ihr Modell zeigt, dass die Prozesse in die entgegengesetzte Richtung zu dem laufen, was zuvor theoretisiert wurde.
Der untere Mantel besteht hauptsächlich aus Bridgmanit, einem Magnesiumsilikat. Es enthält jedoch auch kleine, aber signifikante Mengen Periklas, ein Magnesiumoxid, und Spuren anderer Mineralien. Periklas hat sich in Labortests als schwächer und leichter verformbar als Bridgmanit erwiesen; Diese Tests berücksichtigten jedoch nicht, wie sich Mineralien über Millionen von Jahren verhalten.
Wissenschaftler entdeckten, dass Periklaskörner stärker sind als der Bridgmanit, der sie umgibt, nachdem sie diese Zeitskalen in ein ausgeklügeltes Computermodell integriert hatten.
Jennifer M. Jackson, William E. Leonhard Professorin für Mineralphysik, sagte, „Wir können die Analogie der Boudinage in der Rockplatte verwenden [image at right]wo Boudins, was französisch für Wurst ist, sich zu einer steifen, „stärkeren“ Gesteinsschicht zwischen weniger kompetentem, „schwächerem“ Gestein entwickelt.
„Als weitere Analogie denken Sie an stückige Erdnussbutter. Wir dachten jahrzehntelang, Periklas sei „Öl“. Erdnussbutter und fungierte als Schmiermittel zwischen den härteren Körnern von Bridgmanit. Basierend auf dieser neuen Studie scheint es, dass Periklas-Granulat als die ‚Nüsse‘ in dicker Erdnussbutter wirkt.“
„Periklas-Granulat geht mit der Strömung mit, beeinflusst aber nicht das viskose Verhalten, außer wenn das Granulat hochkonzentriert ist. Wir zeigen, dass die Mobilität unter Druck in Periklas im Vergleich zu Bridgmanit viel langsamer ist. Es gibt eine Verhaltensumkehr: Periklas verformt sich kaum, während sich die Hauptphase, Bridgmanit, verformt Der tiefe Mantel der Erde.“
Für realistische vierdimensionale Simulationen unseres Planeten und um mehr über andere Planeten zu erfahren, ist es entscheidend, diese extremen Prozesse zu verstehen, die weit unter unseren Füßen stattfinden. Da es bereits Tausende von bestätigten Exoplaneten gibt, kann uns das Erlernen von mehr über die Mineralphysik unter extremen Bedingungen helfen zu verstehen, wie sich Planeten entwickelt haben, die sich von unserem eigenen stark unterscheiden.
Zeitschriftenreferenz:
- Cordier, P., Gouriet, K., Weidner, T. ua Periklas verformt sich unter Mantelbedingungen langsamer als Bridgmanit. Natur 613, 303-307 (2023). DOI: 10.1038/s41586-022-05410-9
