Изследователи от ETH Zurich са демонстрирали в лабораторията колко добре минерал, често срещан на границата между ядрото на Земята и мантията, провежда топлина. Това ги кара да подозират, че топлината на Земята може да се разсее по-рано, отколкото се смяташе преди.

Еволюцията на нашата Земя е историята на нейното охлаждане: преди 4.5 милиарда години на повърхността на младата Земя преобладават екстремни температури и тя е покрита от дълбок океан от магма. В продължение на милиони години повърхността на планетата се охлажда, за да образува крехка кора. Въпреки това огромната топлинна енергия, излъчвана от вътрешността на Земята, задвижва динамични процеси, като конвекция на мантията, тектоника на плочите и вулканизъм.

Все още остават без отговор обаче въпросите, колко бързо се охлажда Земята и колко време може да мине, преди това продължаващо охлаждане да спре гореспоменатите процеси, задвижвани от топлина.

Един възможен отговор може да се крие в топлопроводимостта на минералите, които образуват границата между земното ядро ​​и мантията.

Този граничен слой е от значение, защото именно тук вискозната скала на земната мантия е в пряк контакт с горещата желязно-никелова стопилка на външното ядро ​​на планетата. Температурният градиент между двата слоя е много стръмен, така че тук има потенциално много топлина. Граничният слой се образува главно от минерала бриджманит. Въпреки това изследователите имат трудности да оценят колко топлина провежда този минерал от ядрото на Земята към мантията, тъй като експерименталната проверка е много трудна.

Сега професорът от ETH Мотохико Мураками и неговите колеги от Института за наука „Карнеги“ са разработили сложна измервателна система, която им позволява да измерват топлопроводимостта на бриджманита в лаборатория, при условията на налягане и температура, които преобладават вътре в Земята. За измерванията те използваха наскоро разработена система за измерване на оптична абсорбция в диамантен блок, нагряван с импулсен лазер.

„Тази измервателна система ни позволява да покажем, че топлопроводимостта на бриджманита е около 1.5 пъти по-висока от предполагаемата“, казва Мураками. Това предполага, че топлинният поток от ядрото към мантията също е по-висок, отколкото се смяташе преди. По-големият топлинен поток от своя страна увеличава мантийната конвекция и ускорява охлаждането на Земята. Това може да накара тектониката на плочите, която се поддържа от конвективните движения на мантията, да се забавя по-бързо, отколкото са очаквали изследователите въз основа на предишни стойности на топлопроводимост.

Мураками и неговите колеги също така показаха, че бързото охлаждане на мантията ще промени стабилните минерални фази на границата на ядрото и мантията. Когато се охлади, бриджманитът се превръща в минерал постперовскит. Но веднага щом постперовскитът се появи на границата на ядрото и мантията и започне да доминира, охлаждането на мантията наистина може да се ускори още повече, смятат изследователите, тъй като този минерал провежда топлина дори по-ефективно от бриджманита.

„Нашите резултати биха могли да ни дадат нова гледна точка върху еволюцията на динамиката на Земята. Те предполагат, че Земята, подобно на другите скалисти планети Меркурий и Марс, се охлажда и става неактивна много по-бързо от очакваното“, обяснява Мураками.

Той обаче не може да каже колко време ще отнеме например конвекционните течения в мантията да спрат.

„Все още не знаем достатъчно за тези видове събития, за да определим времето им.“ За да се направи това, първо е необходимо по-добро разбиране на това, как работи конвекцията на мантия в пространствено и времево отношение. Освен това учените трябва да изяснят как разпадането на радиоактивните елементи във вътрешността на Земята - един от основните източници на топлина - влияе върху динамиката на мантията.

Снимка: ETH Zurich

Виж още: Слънчевата система съществува в гигантска, мистериозна празнота и сега знаем защо