Per decenni, i ricercatori hanno studiato l'interno della Terra usando le onde sismiche dei terremoti. Ora un recente studio, guidato dal professore associato Dan Shim della School of Earth and Space Exploration dell'Arizona State University, ha ricreato in laboratorio le condizioni che si trovano nelle profondità della Terra, e lo usò per scoprire un'importante proprietà del minerale dominante nel mantello terrestre, una regione che giace molto al di sotto dei nostri piedi.

Shim e il suo gruppo di ricerca hanno combinato le tecniche a raggi X nella struttura di radiazione di sincrotrone presso i laboratori nazionali del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti e la microscopia elettronica a risoluzione atomica presso l'ASU per determinare cosa causa modelli di flusso insoliti nelle rocce che si trovano a 600 miglia e più in profondità all'interno della Terra. I loro risultati sono stati pubblicati nel Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze .

flusso lento, giù in profondità

Il pianeta Terra è fatto di strati. Questi includono la crosta in superficie, il mantello e il nucleo. Il calore del nucleo guida un lento movimento di zangolatura delle solide rocce di silicato del mantello, come un fondente a lenta ebollizione su un fornello. Questo movimento del nastro trasportatore fa sì che le placche tettoniche della crosta in superficie si spingano l'una contro l'altra, un processo che è continuato per almeno la metà dei 4,5 miliardi di anni di storia della Terra.

Il team di Shim si è concentrato su una parte sconcertante di questo ciclo:perché il modello di turbolenza rallenta bruscamente a una profondità di circa 600-900 miglia sotto la superficie?

"Recenti studi geofisici hanno suggerito che il modello cambia perché le rocce del mantello scorrono meno facilmente a quella profondità, " Shim ha detto. "Ma perché? La composizione della roccia cambia lì? O le rocce diventano improvvisamente più viscose a quella profondità e pressione? Nessuno sa."

Per indagare la domanda in laboratorio, La squadra di Shim ha studiato la bridgmanite, un minerale contenente ferro che il lavoro precedente ha mostrato è il componente dominante nel mantello.

"Abbiamo scoperto che si verificano cambiamenti nella bridgmanite alle pressioni previste per 1, 000 a 1, 500 km di profondità, "Shim ha detto. "Questi cambiamenti possono causare un aumento della viscosità della bridgmanite, la sua resistenza al flusso."

Il team ha sintetizzato campioni di bridgmanite in laboratorio e li ha sottoposti alle condizioni di alta pressione trovate a diverse profondità nel mantello.

Chiave minerale per il mantello

Gli esperimenti hanno mostrato al team che, sopra una profondità di 1, 000 chilometri e al di sotto di una profondità di 1, 700 chilometri, bridgmanite contiene quantità quasi uguali di forme ossidate e ridotte di ferro. Ma alle pressioni che si trovano tra quelle due profondità, la bridgmanite subisce trasformazioni chimiche che finiscono per abbassare notevolmente la concentrazione di ferro in essa contenuta.

Il processo inizia con l'espulsione del ferro ossidato dalla bridgmanite. Il ferro ossidato consuma poi le piccole quantità di ferro metallico che sono sparse nel mantello come i semi di papavero in una torta. Questa reazione rimuove il ferro metallico e produce ferro più ridotto nello strato critico.

Dove va a finire il ferro ridotto? La risposta, ha detto la squadra di Shim, è che va in un altro minerale presente nel mantello, ferropericlasio, che è chimicamente incline ad assorbire il ferro ridotto.

"Così la bridgmanite nello strato profondo finisce con meno ferro, " ha spiegato Shim, notando che questa è la chiave del motivo per cui questo livello si comporta in quel modo.

"Come perde ferro, la bridgmanite diventa più viscosa, "Shim ha detto. "Questo può spiegare le osservazioni sismiche del flusso del mantello rallentato a quella profondità".