ייתכן שכדור הארץ ויתר על סודותיו הפנימיים ביותר לזוג גאוכימיסטים בקליפורניה, שהשתמשו בהדמיות מחשב נרחבות כדי לחבר את ההיסטוריה המוקדמת ביותר של ליבת כדור הארץ שלנו.
סכמטי זה של קרום ומעטפת כדור הארץ מראה את תוצאות המחקר שלהם, שמצא כי לחצים קיצוניים היו ריכזים את האיזוטופים הכבדים יותר של ברזל בסמוך לתחתית המעטפת כשהוא מתגבש מאוקיאנוס של מאגמה.
על ידי שימוש במחשב-על בכדי לסחוט ולחמם מינרלים נושאי ברזל בתנאים שהיו יכולים להתקיים כאשר כדור הארץ התגבש מאוקיאנוס של מאגמה לצורתו המוצקה לפני 4.5 מיליארד שנה, שני המדענים - מאוניברסיטת קליפורניה בדייויס. - הפיקו את התמונה הראשונה כיצד הופצו תחילה איזוטופים של ברזל בכדור הארץ המוצק.
התגלית עשויה להוביל גל של חקירות על התפתחות המעטפת של כדור הארץ, שכבת חומר בעומק של 1,800 קילומטרים המשתרעת ממש מתחת לקרום הדק של כוכב הלכת לליבה המתכתית.
"כעת, לאחר שיש לנו מושג כיצד הופצו איזוטופים של ברזל במקור על כדור הארץ", אמר מחבר המחקר הראשי ג'יימס רוסטט, "עלינו להיות מסוגלים להשתמש באיזוטופים כדי להתחקות אחר פעולתו הפנימית של המנוע של כדור הארץ."
מאמר המתאר את המחקר שנערך על ידי רוסטד והסופר המשותף צ'ינג-ג'ו יין פורסם באינטרנט על ידי היומןמדעי הטבע הגיאוגרפיים ביום ראשון, 14 ביוני, לקראת פרסום הדפוס ביולי.
המעטפת העצומה מכוכבת בין קרום ליבתה של כדור הארץ, ומהווה כ- 85 אחוז מנפח כדור הארץ. בסולם זמן אנושי נראה כי חלק עצום זה של כדור הארץ שלנו מוצק. אך במשך מיליוני שנים, החום מהליבה המותכת וההתפרקות הרדיואקטיבית של המעטפת עצמה גורמים לו לאט לאט, כמו מרק סמיך על להבה נמוכה. תפוצה זו היא הכוח המניע מאחורי תנועת השטח של לוחות טקטוניים, הבונה הרים וגורם לרעידות אדמה.
מקור מידע אחד המספק תובנה לפיזיקה של מסה צמיגה זו הם ארבע הצורות היציבות, או האיזוטופים, של ברזל שניתן למצוא בסלעים שעלו לפני השטח של כדור הארץ ברכס אמצע האוקיאנוס בו מתרחשת התפשטות קרקעית הים ובנקודות חמות כמו הרי הוואי של הוואי שצצו דרך קרום כדור הארץ. גיאולוגים חושדים שחלק מחומר זה מקורו בגבול שבין המעטפת לליבה שנמצאת כ 1,800 מיילים מתחת לפני השטח.
"גיאולוגים משתמשים באיזוטופים כדי לעקוב אחר תהליכים פיזיקו-כימיים בטבע באופן בו הביולוגים משתמשים ב- DNA כדי לעקוב אחר התפתחות החיים", אמר יין.
מכיוון שהרכבם של איזוטופי ברזל בסלעים ישתנה בהתאם לתנאי הלחץ והטמפרטורה שבהם נוצר סלע, אמר יין, באופן עקרוני, גיאולוגים יכולים להשתמש באיזוטופים מברזל בסלעים שנאספו בנקודות חמות ברחבי העולם כדי לעקוב אחר ההיסטוריה הגיאולוגית של המעטפת. . אך כדי לעשות זאת, הם יצטרכו לדעת תחילה כיצד האיזוטופים הופצו במקור באוקיאנוס המאגמה הקדמתי של כדור הארץ כאשר הוא התקרר והתקשה.
יין ורוסטסט חקרו כיצד ההשפעות המתחרות של לחץ וטמפרטורה קיצוניים בעומק פנים כדור הארץ היו משפיעות על המינרלים במעטפת התחתונה, האזור המשתרע על פני כ -400 מיילים מתחת לקרום כדור הארץ עד גבול מעטפת הליבה. טמפרטורות של עד 4,500 מעלות קלווין באזור מצמצמות את ההבדלים האיזוטופיים בין מינרלים לרמה זעירה, ואילו לחצי ריסוק נוטים לשנות את הצורה הבסיסית של אטום הברזל עצמו, תופעה המכונה מעבר ספין אלקטרוני.
הזוג חישב את הרכב האיזוטופים של הברזל של שני מינרלים בטווח טמפרטורות, לחצים ומצבי ספין אלקטרוניים שונים שכעת ידוע שהם מתרחשים במעטפת התחתונה. שני המינרלים, ferroperovskite ו- ferropericlase, מכילים כמעט את כל הברזל המופיע בחלק העמוק הזה של כדור הארץ.
החישובים היו כה מורכבים, עד שכל סדרה שרוסטט ויין עברו במחשב שנדרש חודש להשלים.
יין ורוסטסט קבעו כי לחצים קיצוניים היו יכולים לרכז את האיזוטופים הכבדים יותר של הברזל בסמוך לתחתית המעטפת המתגבשת.
החוקרים מתכננים לתעד את השונות של איזוטופים מברזל בכימיקלים טהורים הנתונים לטמפרטורות ולחצים במעבדה שקולים לאלה שנמצאים בגבול מעטפת הליבה. בסופו של דבר, אמר יין, הם מקווים לראות את התחזיות התיאורטיות שלהם מאומתות במדגמים גיאולוגיים שנוצרו מהמעיל התחתון.
מקור: יורקאלרט
