En ny undersøgelse antyder, at der kan have været to magmahavene adskilt med et lag af krystallinsk materiale i mantlen i Jordens formative periode.
Et team af europæiske forskere har samlet nye beviser for opførsel af siliciumrig smeltet sten dybt inde i Jordens indre. Ved høje temperaturer og tryk simuleret i laboratoriet observerede forskere strukturelle ændringer i siliciumatomer, der påvirkede det smeltede materiales tæthed. Sådanne ændringer kan have ført til to magmahav, der er adskilt med et lag af krystallinsk materiale i mantlen i den tidlige formative periode af Jorden. Forskningen blev offentliggjort den 7. november 2013 i tidsskriftet Natur.
Jorden blev dannet for ca. 4,5 milliarder år siden, og først blev den stort set dækket af varm smeltet sten. Langsomt afkøles Jorden og der dannedes en skorpe. I dag er Jorden sammensat af flere lag, der består af den faste skorpe, den relativt faste mantel, den flydende ydre kerne og den faste indre kerne.
Jordskorsning viser jordskorpen, kappe og kerne. Billedkredit: Lawrence Berkeley National Laboratory.
Mens forskere ikke kan tage prøver dybt inde i Jordens indre, kan de lære en god smule om mantlen ved at udsætte prøver af vulkansk sten for lignende høje temperaturer og tryk i laboratoriet. Nye forskningsfaciliteter gør det muligt for disse undersøgelser at finde sted ved stadig højere pres, hvilket producerer data om stadig dybere dybder.
En ny undersøgelse udsatte prøver af silka-rig basalt for at trykke op 60 gigapascals og temperaturer op til 3000 grader Celsius (5432 grader Fahrenheit). Da trykket nærmet sig 35 gigapascals (svarende til ca. 350.000 gange trykket i vores atmosfære ved overfladen), blev silicium- og iltatomer omorganiseret fra en tetrahedral struktur med fire kemiske bindinger til en mere kompakt struktur med seks kemiske bindinger. Dette havde en bemærkelsesværdig indvirkning på materialets densitet. Sådanne ændringer i mantelen spillede sandsynligvis en vigtig rolle i dannelsen af Jordens indre struktur, siger forskerne. De nuværende data antyder, at der kan have været to magmahavene adskilt med et lag af krystallinsk materiale i Jordens tidlige formative periode.
Stishovite, en tæt form af silikatmateriale, der findes i Jordens nedre mantel. De seks røde atomer repræsenterer iltbinding til et siliciumatom. Billedkredit: materialscientist.
Chrystele Sanloup, hovedforfatter af undersøgelsen, er en forskningsstipendiat ved Centre for Science at Extreme Conditions og School of Physics and Astronomy ved University of Edinburgh i England. Hun kommenterede betydningen af arbejdet i en pressemeddelelse:
Moderne laboratorier gør det muligt for forskere at genskabe forhold dybt i jordens kerne og give os værdifuld indsigt i, hvordan materialer opfører sig i sådanne ekstremer. Dette hjælper os med at bygge videre på det, vi allerede ved om, hvordan Jorden dannede sig.
Center for Science at Extreme Conditions (CSEC) er et samarbejdende forskningsprogram, der blev grundlagt i april 2004. Forskere i programmet udforsker en række banebrydende videnskabelige emner, herunder hvordan ekstremofile (“ekstreme kærlige”) organismer tilpasser sig højt tryk og hvordan der dannes højtryksis på ydre planeter som Uranus og Neptune. Opdagelsen af nye ledende materialer, der kan syntetiseres ved høje tryk og temperaturer, er også et aktivt forskningsområde ved CSEC.
Den nyligt udgivne forskning i Natur blev udført med PETRAIII (Positron-Electron Tandem Ring Accelerator III) instrumentering, en kilde til synkrotronstråling, på Deutsches Elektronen-Synchrotron (almindeligt kendt som DESY) i Hamborg, Tyskland. Finansiering til forskningen blev delvis ydet af Det Europæiske Forskningsråd og det tyske forbundsministerium for uddannelse og forskning. Medforfattere af undersøgelsen inkluderede James Drewitt, Zuzana Konopkova, Philip Dalladay-Simpson, Donna Morton, Nachiketa Rai, Wim van Westrenen og Wolfgang Morgenroth.
Nederste linje: En undersøgelse offentliggjort i tidsskriftet Natur den 7. november 2013 har fået nye beviser for opførsel af siliciumrig smeltet sten dybt inde i Jordens indre. Ved høje temperaturer og tryk simuleret i laboratoriet observerede forskere strukturelle ændringer i siliciumatomer, der påvirkede det smeltede materiales tæthed. Sådanne ændringer kan have ført til to magmahav, der er adskilt med et lag af krystallinsk materiale i mantlen i Jordens formative periode.
Videnskabsmænd opdager lag med væskeformet smeltet sten i jordens kappe
Ny idé til, hvordan Jordens kerne blev dannet