Forskere har opdaget, at jernoxid leder elektricitet lettere under de ekstreme tryk og temperaturer, der findes i Jordens dybe indre.
Forskere, der arbejder med jernoxid, har opdaget, at mineralet leder elektricitet lettere under de ekstreme tryk og temperaturer, der findes i Jordens dybe indre. Fundet kan ændre vores forståelse af opførslen fra Jordens magnetfelt, som beskytter vores planet mod skadelige kosmiske stråler.
Jernoxid (kemisk formel: FeO) er en rigelig komponent i Jordens nedre mantel. I mantlen kombineres jernoxid med magnesium til dannelse af en forbindelse kaldet ferropericlase.
Pulveriseret jernoxid. Billedkredit: Wikimedia Commons.
Mens forskere ikke kan rejse til Jordens centrum for at studere jernoxidet, der bor der, kan de genskabe de ekstreme tryk og temperaturer, der findes i mantelen i et laboratorium takket være nye teknologier.
For at undersøge opførelsen af jernoxid i Jordens dybe indre, udsatte et team af forskere fra Japan og USA en prøve af mineralet for tryk op til 1,4 millioner gange atmosfæretryk og temperaturer op til 4000 grader Fahrenheit (2478 grader Kelvin) - betingelser på niveau med dem, der ligger ved kernemantelgrænsen.
De fleste mineraler vil gennemgå strukturelle, kemiske og elektroniske ændringer under ekstreme tryk og temperaturer. I modsætning til hvad forskerne forventede at observere, gennemgik jernoxid ikke en ændring i dets kemiske struktur under de eksperimentelle betingelser, der blev testet, men mineralet udviste en forbedret evne til at lede elektricitet - en egenskab, som forskerne kalder metallisering.
Ronald Cohen er seniorforsker ved Carnegie Institution for Science's Geophysical Laboratory og medforfatter til undersøgelsen af jernoxid i Jordens dybe indre. I en pressemeddelelse forklarede Cohen teamets forskningsresultater yderligere:
Ved høje temperaturer er atomerne i jernoxidkrystaller arrangeret med den samme struktur som almindeligt bordsalt, NaCl. Ligesom bordsalt er FeO ved omgivende forhold en god isolator - den leder ikke elektricitet. Ældre målinger viste metallisering i FeO ved høje tryk og temperaturer, men man troede, at der dannedes en ny krystalstruktur. Vores nye resultater viser i stedet, at FeO metalliserer uden ændringer i strukturen, og at der kræves kombineret temperatur og tryk. Desuden viser vores teori, at den måde, elektronerne opfører sig for at gøre den til metallisk, er forskellig fra andre materialer, der bliver metalliske.
Forskerne forudsiger, at en stigning i elektrisk ledningsevne af jernoxid ved kerne-mantelgrænsen kan påvirke den måde, Jordens magnetiske felt udbredes til planetens overflade. Cohen kommenterede:
Den metalliske fase forbedrer den elektromagnetiske vekselvirkning mellem væskekernen og den nedre mantel. Dette har konsekvenser for Jordens magnetfelt, der genereres i den ydre kerne. Det vil ændre den måde, magnetfeltet spreder til Jordens overflade, fordi det giver magnetomekanisk kobling mellem Jordens kappe og kerne.
Jordens indre. Billedkredit: USGS.
Russell Hemley, direktør for Geophysical Laboratory ved Carnegie Institution for Science, bemærkede i pressemeddelelsen:
At et mineral har egenskaber, der adskiller sig så fuldstændigt - afhængigt af dets sammensætning og hvor det er inden for Jorden - er en vigtig opdagelse.
En forhåndsvisning af undersøgelsen om jernoxidopførsel i Jordens dybe indre blev frigivet den 21. december 2011, og studien vil blive offentliggjort i sin helhed i en kommende udgave af Fysiske gennemgangsbrev.
Hvad holder jorden til at koge?
Jordens indre kerne roterer hurtigere end resten af planeten