Το εσωτερικό της γης ψύχεται «πολύ πιο γρήγορα από το αναμενόμενο»

Ερευνητές στο ETH της Ζυρίχης απέδειξαν στο εργαστήριο πόσο καλά ένα κοινό ορυκτό στο όριο μεταξύ του πυρήνα της Γης και του μανδύα μεταφέρει τη θερμότητα. Αυτό τους οδηγεί να υποψιάζονται ότι η θερμότητα της Γης μπορεί να διαλυθεί νωρίτερα από ό,τι πιστεύαμε.

Η εξέλιξη της Γης μας είναι η ιστορία της ψύξης της: πριν από 4,5 δισεκατομμύρια χρόνια, ακραίες θερμοκρασίες βασίλευαν στην επιφάνεια της νεαρής Γης και καλύφθηκε από έναν βαθύ ωκεανό μάγματος. Για εκατομμύρια χρόνια, η επιφάνεια του πλανήτη ψύχθηκε για να σχηματίσει έναν εύθραυστο φλοιό. Ωστόσο, η τεράστια θερμική ενέργεια που εκπέμπεται από το εσωτερικό της Γης έχει θέσει σε κίνηση δυναμικές διεργασίες, όπως η μεταφορά του μανδύα, η τεκτονική πλάκα και ο ηφαιστειισμός.

Ωστόσο, τα ερωτήματα σχετικά με το πόσο γρήγορα ψύχθηκε η Γη και πόσο καιρό θα χρειαζόταν αυτή η συνεχής ψύξη για να σταματήσει τις προαναφερθείσες διαδικασίες που οδηγούνται από τη θερμότητα παραμένουν αναπάντητα.

Μια πιθανή απάντηση μπορεί να βρίσκεται στη θερμική αγωγιμότητα των ορυκτών που αποτελούν το όριο μεταξύ του πυρήνα της Γης και του μανδύα.

Αυτό το οριακό στρώμα είναι σχετικό επειδή είναι εδώ που ο γλοιώδης βράχος του μανδύα της Γης βρίσκεται σε άμεση επαφή με την καυτή τήξη σιδήρου-νικελίου του εξωτερικού πυρήνα του πλανήτη. Η κλίση θερμοκρασίας μεταξύ των δύο στρωμάτων είναι πολύ απότομη, επομένως υπάρχει δυνητικά πολλή θερμότητα που κυκλοφορεί εδώ. Το οριακό στρώμα σχηματίζεται κυρίως από το ορυκτό μπριτζμανίτη. Ωστόσο, οι ερευνητές δυσκολεύονται να εκτιμήσουν πόση θερμότητα μεταφέρει αυτό το ορυκτό από τον πυρήνα της Γης στον μανδύα, επειδή η πειραματική επαλήθευση είναι πολύ δύσκολη.

READ  Τα θηλυκά κολιμπρί αποφεύγουν τη σεξουαλική παρενόχληση με το να είναι φανταχτερά

Τώρα ο καθηγητής ETH Motohiko Murakami και οι συνάδελφοί του στο Carnegie Institution for Science έχουν αναπτύξει ένα εξελιγμένο σύστημα μέτρησης που τους επιτρέπει να μετρούν τη θερμική αγωγιμότητα του bridgmanite στο εργαστήριο υπό τις συνθήκες πίεσης και θερμοκρασίας που επικρατούν μέσα στη Γη. Για τις μετρήσεις, χρησιμοποίησαν ένα νέο σύστημα μέτρησης οπτικής απορρόφησης σε μια μονάδα διαμαντιού που θερμαίνεται με παλμικό λέιζερ.

Μέτρηση θερμικής αγωγιμότητας μπριτζμανίτη

Συσκευή μέτρησης για τον προσδιορισμό της θερμικής αγωγιμότητας του μπριτζμανίτη σε υψηλή πίεση και ακραία θερμοκρασία. Πίστωση: De Murakami M, et al, 2021

«Αυτό το σύστημα μέτρησης μας επέτρεψε να δείξουμε ότι η θερμική αγωγιμότητα του μπριτζμανίτη είναι περίπου 1,5 φορές υψηλότερη από την αναμενόμενη», λέει ο Μουρακάμι. Αυτό υποδηλώνει ότι η ροή θερμότητας από τον πυρήνα στον μανδύα είναι επίσης υψηλότερη από ό,τι πιστεύαμε προηγουμένως. Η μεγαλύτερη ροή θερμότητας, με τη σειρά της, αυξάνει τη μεταφορά του μανδύα και επιταχύνει την ψύξη της Γης. Αυτό μπορεί να οδηγήσει σε ταχύτερη επιβράδυνση της τεκτονικής των πλακών, η οποία διατηρείται από τις συναγωγικές κινήσεις του μανδύα, από ό,τι περίμεναν οι ερευνητές με βάση τις προηγούμενες τιμές αγωγιμότητας της θερμότητας.

Ο Μουρακάμι και οι συνεργάτες του έδειξαν επίσης ότι η ταχεία ψύξη του μανδύα θα αλλάξει τις σταθερές ορυκτές φάσεις στο όριο πυρήνα-μανδύα. Όταν κρυώσει, ο μπριτζμανίτης μετατρέπεται σε ορυκτό μεταπεροβσκίτη. Αλλά μόλις ο μεταπεροβσκίτης εμφανιστεί στο όριο πυρήνα-μανδύα και αρχίσει να κυριαρχεί, η ψύξη του μανδύα θα μπορούσε πράγματι να επιταχυνθεί ακόμη περισσότερο, πιστεύουν οι ερευνητές, καθώς αυτό το ορυκτό μεταφέρει τη θερμότητα ακόμη πιο αποτελεσματικά από τον μπριτζμανίτη.

READ  Το κινεζικό διαστημικό πρακτορείο κυκλοφορεί πέντε νέες εικόνες του Άρη

«Τα αποτελέσματά μας θα μπορούσαν να μας δώσουν μια νέα προοπτική για την εξέλιξη της δυναμικής της Γης. Προτείνουν ότι η Γη, όπως και οι άλλοι βραχώδεις πλανήτες Ερμής και Μάρτιος, ψύχεται και γίνεται ανενεργός πολύ πιο γρήγορα από το αναμενόμενο», λέει ο Μουρακάμι.

Ωστόσο, δεν μπορεί να πει πόσο χρόνο θα χρειαστεί, για παράδειγμα, για να σταματήσουν τα ρεύματα μεταφοράς στον μανδύα. «Ακόμα δεν γνωρίζουμε αρκετά για αυτού του είδους τα γεγονότα για να καθορίσουμε τον χρόνο τους». Για να γίνει αυτό, πρέπει πρώτα να κατανοήσουμε καλύτερα πώς λειτουργεί η μεταφορά του μανδύα σε χωρικούς και χρονικούς όρους. Επιπλέον, οι επιστήμονες πρέπει να διευκρινίσουν πώς η αποσύνθεση των ραδιενεργών στοιχείων μέσα στη Γη – μια από τις κύριες πηγές θερμότητας – επηρεάζει τη δυναμική του μανδύα.

Αναφορά: “Radiative thermal conductivity of single-crystal bridgmanite at the core-mantle border with implications for thermal evolution of the Earth” των Motohiko Murakami, Alexander F. Goncharov, Nobuyoshi Miyajima, Daisuke Yamazaki και Nicholas Holtgrewe, 8 Δεκεμβρίου 2021, Γράμματα Γης και Πλανητικής Επιστήμης.
DOI: 10.1016/j.epsl.2021.117329

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται.