Исследователи из Швейцарской высшей технической школы Цюриха показали в недавно представленном исследовании подобно обычному минералу, расположенному на границе между ядром и мантией Земли, рассеивается много тепла. Это заставляет их думать, что тепло внутри Земли рассеивается быстрее, чем считалось ранее.
Охлаждение нашей планеты — это практически история ее эволюции: 4.5 миллиарда лет назад температуры на молодой Земле были чрезвычайно высокими. Поверхность нашей планеты представляла собой буквально глубокое море магмы: затем в течение миллионов лет она охлаждалась, образуя собственную (хрупкую) кору. Тем не менее, огромная тепловая энергия, генерируемая из недр Земли, по-прежнему запускает несколько динамических процессов, таких как мантийная конвекция, тектоника плит и вулканизм.
Однако остается еще много вопросов, требующих решения. Как быстро остыла Земля? Сколько времени потребуется, чтобы это непрерывное охлаждение земных недр остановило эти тепловые процессы?
Ответ внутри тебя, голубая планета
Возможный ответ на эти вопросы можно найти в теплопроводности минералов, на границе между ядро и мантии Земли.
Пограничный слой важен, потому что именно здесь породы мантии Земли находятся в непосредственном контакте с горячим сплавом железа и никеля во внешнем ядре планеты. Это область, образованная в основном минералом, называемым бриджманит. Поскольку температурный градиент между двумя слоями очень велик, здесь может течь много тепла, но исследователям никогда не было легко собирать данные из этой области.
Недра Земли «воссоздали» в лаборатории
Теперь, профессор Мотохико Мураками из ETH и его коллеги разработали сложную систему, которая позволяет им измерять теплопроводность бриджманита в лаборатории, в условиях давления и температуры, которые преобладают внутри Земли.
«Эта система измерений позволила нам показать, что теплопроводность бриджманита примерно в 1,5 раза выше, чем предполагалось», — говорит Мураками.
Это говорит о том, что поток тепла от ядра к мантии также больше, чем считалось ранее. А это, в свою очередь, заставляет тепло течь более свободно, что приводит к более быстрому охлаждению. Это может привести к замедлению тектоники плит быстрее, чем исследователи предсказывали ранее.
Предоставлено: Мураками М. и др., 2021 г.
Последствия этого исследования
Мураками и его коллеги также показали, что быстрое охлаждение мантии может стать еще быстрее, потому что бриджмантит при определенных температурах становится постперовскитом, минералом, проводящим тепло еще эффективнее.
Наши результаты могут дать нам новый взгляд на эволюцию динамики Земли. Они предполагают, что Земля, как и другие каменистые планеты Меркурий и Марс, остывает и становится неактивной гораздо быстрее, чем ожидалось.
Мотохико Мураками, ETH Zurich
