Ett team av forskare under ledning av Ho-Kwang Mao från Carnegie Institution i USA verkar ha upptäckt ett mysterium som har länge orolig geologer. Författarna förklarade vilket mineral zonerna för långsamma seismiska vågor vid kärnmantelgränsen består av och reproducerade processen för dess bildning i laboratoriet. Om forskarnas slutsatser är korrekta, visar sig sådana zoner vara en gigantisk lagring av syre, vilket kan påverka livets historia på jorden. En vetenskaplig artikel med resultaten från studien publicerades i tidskriften Nature den 22 november 2017.
Hur vet vi vad som ligger under våra fötter? Denna enkla fråga är en huvudvärk för geologer. Resan till jordens centrum finns bara på sidorna i science fiction-böcker, men faktiskt överstiger rekordborrdjupet knappt 12 kilometer.
Seismiska vågor kom till hjälp av forskare, som sprids på olika sätt i stenar med olika täthet, de tillåter att leda "ultraljud" in i djupet på vår planet. Informationen som kan erhållas från en sådan skanning är emellertid ofullständig. Ofta väcker svaren bara nya frågor. Egentligen, som på alla andra vetenskapsområden.
På ett djup på 2900 km ligger kärnmantelgränsen. Geologer har länge upptäckt områden där seismiska vågor rör sig ovanligt långsamt. De kallades ultra-låg hastighetszoner, på engelska ultra-låg hastighetszoner, därmed förkortningen UVZ. Men vad är det? Vilket mystiskt material bromsar jordens vibrationer så mycket?
Denna fråga har länge diskuterats av forskare, och många hypoteser har redan föreslagits. Men de har alla en nackdel: det är nödvändigt att förklara hur det nödvändiga ämnet som helhet hamnade på ett sådant djup.
Ho-Kwans team verkar ha dödat två fåglar med en sten. Forskarna fann ett lämpligt mineral och en enkel mekanism för dess bildning på plats. Det är riktigt att denna framgång ledde till frågan om behovet av att revidera något i jordens biosfärs historia.
Mineralen som författarna gillade är järnperoxid FeO2Hx (antalet väteatomer kan vara annorlunda). När de pratar om sina föregångars arbete säger de att de är stabila under förhållandena i den nedre manteln.
Men var kan du få det ifrån? För att svara på denna fråga har forskare återskapat en liten del av infernalt djup i laboratoriet. Diamantgrippar komprimerade ämnet och skapade ett tryck på 860 tusen atmosfärer. En laserstråle som penetrerar genomskinliga diamantplattor upphettade reagensen till 1900 grader Celsius.
Kampanjvideo:
Under dessa förhållanden, som författarna fann, bildas järnperoxid av de enklaste komponenterna: järn och vatten. Det finns lika mycket järn i jordens kärna som det är nödvändigt - i själva verket är det främst tillverkat av denna metall. Och vatten? Enligt författarna sjunker årligen 300 miljoner ton vatten i mantlets djup på grund av rörelsen av tektoniska plattor. Enligt deras beräkningar skulle en tiondel av vattnet i Världshavet räcka för att skapa hela den observerade UVZ. Som jämförelse: enligt vissa uppskattningar finns det 90 gånger mer vatten i jordens inre, inklusive jordskorpan, manteln och kärnan än på ytan.
Det visar sig att det nödvändiga mineralet bildas vid mantelens gräns och kärnan av ämnen som är tillräckligt där. Men är detta verkligen ansvarigt för den bild som ses på seismogram?
Forskare har testat detta också. Med hjälp av experiment och teoretiska beräkningar fann de att de erforderliga egenskaperna (hastighet för ljud, densitet etc.) har en blandning, i vilken 40-50% är järnperoxid, och resten är i vanliga bergarter i den nedre manteln. Egenskaperna hos en sådan blandning är i utmärkt överensstämmelse med observationsdata från UVZ. Det ser ut som att hemligheten med de mystiska "avmattningszonerna" har avslöjats.
Men denna upptäckt väcker andra intressanta frågor. Som förklarats i ett pressmeddelande från studien representerar järnperoxidavlagringar en jättereserver av syre. Ibland kan syre frigöras och når ytan. Implikationerna av sådana händelser och deras möjliga koppling till klimatförändringar, massutrotning och andra stora händelser återstår att studera.
