Ambrus
-7 °C
3 °C

Új elmélet a Föld mélyéről

2004.07.24. 16:14
A párizsi egyetem geofizikai intézete és az Európai Szinkrotronsugárzási Intézet munkatársai - köztük egy magyar kutató - kísérleteik alapján úgy vélik, hogy bolygónk belseje statikusabb, mint eddig gondolták. Erre a földköpeny fő alkotóelemeinek nagy nyomás alatti viselkedéséből következtettek.
A Föld magja több ezer fokos hőmérsékletű a bolygó keletkezése óta meglévő és a radioaktivitás termelte hőenergia miatt, azonban lassan hűl a hő felszínre kerülésével. Mivel a földköpeny rossz hővezető, és a hősugárzást is elnyeli, csak egy módja van a hő átadásának: a konvekció, tehát az anyag áramlása. A forró anyag felfelé és a hideg anyag lefelé mozgása áll a bolygó belső dinamikájának hátterében. Ezt a dinamikát a kutatók azért szeretnék minél pontosabban megismerni, mert ez alakítja a felszínt is, így ennek következményei közé tartozik például a földrengés, a vulkáni aktivitás, a tektonikus lemezek mozgása és a hegységképződés.

Forrás: INSIGN, ESRF
A jelenlegi modellek szerint a konvekció az egész köpenyre kiterjed, tehát közvetlenül a magtól indul. A földköpeny alsó részét, mely körülbelül 660 kilométer és 2800 kilométer mélység között található, két vastartalmú ásvány, a magnézium-wüstit es a szilikát-perovszkit alkotja. A Föld belső dinamikájának megértéséhez elengedhetetlen ezen ásványok nagy nyomás alatti tulajdonságainak feltárása.

Átlátszó

A párizsi egyetem geofizikai intézete és az Európai Szinkrotronsugárzási Intézet (European Synchrotron Radiation Facility, ESRF) munkatársai - köztük egy magyar kutatóval, Vankó Györggyel - a múlt évben már megvizsgálták a magnézium-wüstitet, és 70 GPa (gigapascal, egy GPa a földi légköri nyomás tízezerszerese) körüli nyomáson azt tapasztalták, hogy az ásvány úgynevezett kisspinű állapotba kerül - ez egy elektronszerkezeti változás, amelynek egyik következménye, hogy az anyag átlátszóbbá válik az infravörös sugárzás számára. (A felszínen, pontosabban kis nyomáson a vas ezekben az ásványokban úgynevezett nagyspinű állapotban van, ami miatt az ásvány nagymértékben elnyeli az infravörös sugárzást.) Tekintve, hogy a Föld magja, hőmérséklete folytán, jórészt éppen az infravörös tartományban sugároz, ez azt jelenti, hogy a wüstit az említett nyomásnak megfelelő mélység alatt jobban átengedi a hősugárzást.

A kutatócsoport a múlt héten a Science magazinban publikálta újabb, magnézium-szilikát-perovszkiton elért eredményét. Ez az ásvány az alsó köpeny másik komponense, a teljes földköpeny fő alkotója, a legnagyobb mennyiségben előforduló ásvány a Földön. A korábbi tudományos álláspont szerint ez a köpenyben mindenütt nagyspinű, azaz az infravörös sugárzás számára átjárhatatlan, és a köpeny aljának megfelelő nyomással (körülbelül 140 GPa) sem lehet átváltoztatni kisspinűvé.

Statikusabb

A korábbi elképzelésekkel szemben azonban a kutatók az alsó köpenynek megfelelő nyomástartományban két átmenetet is találtak a kisspinű állapotba, mondta az Indexnek Vankó György. Azért kettőt, mert a vas két ásványtani helyen is fellelhető, tette hozzá.

Forrás: INSIGN, ESRF
A kísérletben a kutatók virtuális utazást tettek a Föld belsejébe, az ESRF-ben modellezve a geológiai viszonyokat. A vastartalmú perovszkitmintát két gyémántfelület közé helyezve 20 és 145 GPa közötti nyomásnak tették ki, közben röntgennel vizsgálva, hogy hogyan viselkedik az ásvány ekkora nyomáson.

A perovszkitnál az első, kisspinű állapotba történő átmenet 70 GPa nyomáson jelentkezett, mely a köpeny alsó harmadának felel meg, a másik 130 GPa-on, ami a köpeny aljával, illetve a magot és a köpenyt elválasztó, kevéssé ismert D"-réteggel hozható kapcsolatba. A wüstitnél tapasztaltaknak megfelelően a köpeny alsó harmada ezért meglehetősen átlátszó lehet az infravörös, illetve hősugárzásra, a második átmenet pedig magyarázattal szolgálhat a rejtélyes D"-réteg formálódására.

A talált átalakulás arra hívja fel a figyelmet, hogy a Föld belsejének dinamikáját leíró modellekben figyelembe kell venni az eleddig jórészt elhanyagolt hősugárzást, mivel ez lehet a hőtranszfer domináns módja köpeny alsó régiójában, magyarázta lapunknak Vankó György. A konvekció kisebb szerepe miatt a földköpeny alsó része egyúttal sokkal statikusabb lehet, mint eddig gondolták.

Nászút ajándékba!

Esküvőt tervez? Tervezzen velünk, nyerjen wellness nászutat!

Pihenjen Szép kártyával!

Egy kis lazítás Önnek is jár! Íme a Szép kártya elfogadóhelyek.