Concezione dell'artista degli strati interni della Terra. Credito d'immagine: S. Jacobsen, M. Wysession e G. Caras. clicca per ingrandire
Recentemente, i sismologi hanno osservato che la velocità e la direzione delle onde sismiche nel mantello inferiore della Terra, tra 400 e 1.800 miglia sotto la superficie, variano enormemente. "Penso che potremmo aver scoperto perché le onde sismiche viaggiano così incoerentemente lì ,? ha dichiarato Jung-Fu Lin. * Lin era al laboratorio geofisico della Carnegie Institution al momento dello studio e autore principale dell'articolo pubblicato nel numero di Nature del 21 luglio. "Fino a questa ricerca, gli scienziati hanno semplificato gli effetti del ferro sui materiali del mantello. È il metallo di transizione più abbondante del pianeta e i nostri risultati non sono ciò che gli scienziati hanno previsto? Lui continuò. ? Potremmo dover riconsiderare ciò che pensiamo stia andando in quella zona nascosta. È molto più complesso di quanto immaginassimo.
Le pressioni schiaccianti nel mantello inferiore stringono così strettamente atomi ed elettroni che interagiscono in modo diverso rispetto alle condizioni normali, costringendo persino gli elettroni rotanti ad accoppiarsi in orbite. In teoria, il comportamento delle onde sismiche a quelle profondità può derivare dall'effetto di pressione vice-grip sullo stato di spin dell'elettrone del ferro nei materiali del mantello inferiore. Il team di Lin ha eseguito esperimenti ad altissima pressione sul materiale ossido più abbondante lì, magnesiow? Stite (Mg, Fe) O, e ha scoperto che il cambiamento degli stati di spin dell'elettrone del ferro in quel minerale influenza drasticamente le proprietà elastiche dello magnesiow? Stite . La ricerca può spiegare le complesse anomalie delle onde sismiche osservate nel mantello più basso.
Come ha scritto il co-autore dello studio Viktor Struzhkin: "Questo è il primo studio a dimostrare sperimentalmente che l'elasticità del magnesiow stite cambia significativamente sotto pressioni del mantello inferiore che vanno da oltre 500.000 a 1 milione di volte la pressione a livello del mare (1 atmosfera ). Si ritiene che il magnesiowite, contenente il 20% di ossido di ferro e l'80% di ossido di magnesio, costituisca circa il 20% del mantello inferiore in volume. Abbiamo scoperto che quando sottoposti a pressioni comprese tra 530.000 e 660.000 atmosfere, gli spin dell'elettrone del ferro sono passati da uno stato di alta rotazione (non accoppiato) a uno stato di bassa rotazione (accoppiamento di rotazione). Durante il monitoraggio dello stato di spin del ferro, abbiamo anche misurato la velocità di variazione del volume (densità) dello stite di magnesio attraverso la transizione elettronica. Tali informazioni ci hanno permesso di determinare come le velocità sismiche varieranno durante la transizione.
"Sorprendentemente, le onde sismiche alla rinfusa viaggiano circa il 15% più velocemente una volta che gli elettroni del ferro sono accoppiati a spin nell'ossido di ferro e magnesio". ha commentato il coautore Steven Jacobsen. "Il salto di velocità misurato attraverso la transizione potrebbe quindi essere rilevabile sismicamente nel mantello profondo." Gli esperimenti sono stati condotti all'interno di una cella a pressione a incudine di diamante utilizzando l'intensa sorgente di luce a raggi X presso la sorgente di sincrotrone di terza generazione della nazione, Argonne National Laboratory vicino a Chicago.
La misteriosa regione del mantello inferiore non può essere campionata direttamente. Quindi dobbiamo fare affidamento sulla sperimentazione e sulla teoria. Dal momento che ciò che accade all'interno della Terra influenza le dinamiche dell'intero pianeta, è importante per noi scoprire cosa sta causando il comportamento insolito delle onde sismiche in quella regione? dichiarò Lin. "Fino ad ora, gli scienziati della Terra hanno capito l'interno della Terra considerando solo ossidi e silicati puri. I nostri risultati sottolineano semplicemente che il ferro, il metallo di transizione più abbondante in tutta la Terra, dà origine a proprietà molto complesse in quella regione profonda. Attendiamo con impazienza i nostri prossimi esperimenti per vedere se possiamo affinare la nostra comprensione di ciò che sta accadendo lì? ha concluso.
Fonte originale: Comunicato stampa Carnegie Institution
