Simulazione delle condizioni 2, 700 chilometri di profondità nel sottosuolo, scienziati hanno studiato un'importante trasformazione del minerale più abbondante sulla Terra, bridgmanite. I risultati della linea di luce delle condizioni estreme presso la sorgente di luce a raggi X PETRA III di DESY rivelano come la bridgmanite si trasformi in una struttura nota come post-perovskite, una trasformazione che influenza le dinamiche del mantello inferiore della Terra, compresa la propagazione delle onde sismiche. L'analisi può fornire una spiegazione per una serie di osservazioni sismiche peculiari, come riporta sul Journal . il team guidato da Sébastien Merkel dell'Université de Lille in Francia Comunicazioni sulla natura .

La bridgmanite è un minerale di ferro magnesiaco ((Mg, Fe)SiO ₃ ) con una struttura cristallina non stabile in condizioni ambientali. Si forma a circa 660 chilometri sotto la superficie terrestre, e i grani microcristallini trovati come inclusioni nei meteoriti sono gli unici campioni mai recuperati in superficie. "Per studiare la bridgmanite nelle condizioni del mantello inferiore, dovevamo prima produrre il minerale, " spiega Merkel. Per farlo, gli scienziati hanno compresso piccole quantità di ferro-magnesio-ossido di silicio in una cella a incudine di diamante (DAC), un dispositivo in grado di spremere campioni ad alta pressione tra due piccole incudini diamantate.

La bridgmanite appena prodotta è stata quindi sottoposta a una pressione ancora più elevata di 1,2 megabar (circa 1,1 milioni di volte la pressione sulla superficie) corrispondente allo strato più basso del mantello terrestre, appena sopra il nucleo. Qui, le onde sismiche vengono riflesse mentre viaggiano attraverso l'interno della Terra, e il modo in cui si riflettono dipende dalle caratteristiche del materiale che incontrano. "Le onde sismiche a volte si comportano in modo strano in quella regione, "dice Merkel. "A volte si vedono riflessi forti, e a volte non vedi proprio niente."

Gli scienziati sospettano da tempo che un cambiamento strutturale all'interno della bridgmanite sia una parte importante della spiegazione. "Sappiamo da 15 anni che la bridgmanite si trasforma in una diversa struttura cristallina chiamata post-perovskite in queste condizioni, ma quello che non sapevamo era, quanto velocemente lo fa, " spiega Merkel. La post-perovskite è costituita dagli stessi elementi chimici della bridgmanite, ma ha una struttura cristallina diversa, portando a caratteristiche diverse.

All'Extreme Conditions Beamline (P02.2) di DESY gli scienziati possono ora studiare le dinamiche della trasformazione. Si è scoperto che succede in circa 10 a 10, 000 secondi, a seconda della pressione e della temperatura. Ciò include la scala temporale della frequenza delle onde sismiche. "Ciò significa che le onde sismiche possono innescare la trasformazione, e a sua volta può amplificare il segnale sismico, sottolinea Merkel. “Questa osservazione spiega perché a volte si vedono riflessi forti ea volte no. E potrebbe anche spiegare altre anomalie".

Il confine mantello-nucleo a circa 2, 900 chilometri sotto la superficie non sono nitidi come la superficie di uno specchio. Invece in una regione a circa 200 chilometri al di sopra del nucleo, noto come strato D", si muovono grandi lastre di diverso materiale con diverse strutture. "Puoi immaginarlo come una seconda serie di placche tettoniche laggiù, " spiega Merkel. Inoltre, in uno strato limite di circa 100 chilometri di spessore, bridgmanite e post-perovskite possono coesistere, complicando l'analisi dei segnali sismici. Più dettagli gli scienziati conoscono sulle caratteristiche fisiche del materiale al confine, migliore è l'analisi che possono fare. Questo aiuta non solo a investigare la regione di confine stessa, ma anche molte altre regioni all'interno della Terra, mentre le onde sismiche sondano tutti gli strati nel loro cammino. "Meglio conosciamo le caratteristiche del materiale al confine nucleo-mantello, più nitida è la nostra visione dell'interno della Terra, "dice Merkel.