โลกอาจมอบความลับด้านในสุดให้กับนักธรณีวิทยาชาวแคลิฟอร์เนียคู่หนึ่งซึ่งใช้การจำลองด้วยคอมพิวเตอร์จำนวนมากเพื่อรวมประวัติศาสตร์ที่เก่าแก่ที่สุดของแกนโลกของเรา
แผนผังของเปลือกโลกและเสื้อคลุมโลกนี้แสดงผลการศึกษาของพวกเขาซึ่งพบว่าความกดดันที่รุนแรงจะมีไอโซโทปที่หนักกว่าของเหล็กเข้มข้นซึ่งอยู่ใกล้ด้านล่างของแมนเทิลขณะที่มันตกผลึกจากมหาสมุทรแมกมา
ด้วยการใช้ซุปเปอร์คอมพิวเตอร์ในการบีบและแร่ธาตุที่มีธาตุเหล็กให้ความร้อนภายใต้เงื่อนไขที่จะมีอยู่เมื่อโลกเกิดการตกผลึกจากมหาสมุทรแห่งแมกมาสู่รูปทรงที่มั่นคงเมื่อ 4.5 พันล้านปีก่อนนักวิทยาศาสตร์สองคนจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียที่เดวิส - ได้สร้างภาพแรกของไอโซโทปเหล็กที่แตกต่างกันในตอนแรกในโลกที่เป็นของแข็ง
การค้นพบนี้อาจนำไปสู่คลื่นของการสืบสวนเกี่ยวกับวิวัฒนาการของแมนเทิลของโลกซึ่งเป็นชั้นของวัสดุที่มีความลึกประมาณ 1,800 ไมล์ซึ่งทอดตัวจากใต้เปลือกโลกบาง ๆ ของโลกไปจนถึงแกนกลางของโลหะ
“ ตอนนี้เรามีความคิดว่าไอโซโทปเหล็กเหล่านี้มีการกระจายในโลกอย่างไร” James Rustad ผู้เขียนนำการศึกษากล่าว“ เราควรจะสามารถใช้ไอโซโทปเพื่อติดตามการทำงานของเครื่องยนต์ของโลก”
บทความที่อธิบายถึงการศึกษาโดย Rustad และผู้แต่งร่วม Qing-zhu Yin ถูกโพสต์ออนไลน์โดยวารสารธรณีศาสตร์ธรรมชาติ ในวันอาทิตย์ที่ 14 มิถุนายนก่อนตีพิมพ์ในเดือนกรกฎาคม
ปกคลุมด้วยเปลือกโลกและแกนกลางโลกเสื้อคลุมขนาดมหึมามีสัดส่วนประมาณ 85 เปอร์เซ็นต์ของปริมาตรของดาวเคราะห์ ในช่วงเวลาของมนุษย์ส่วนของลูกกลมอันมหึมานี้ดูเหมือนจะแข็ง แต่กว่าล้านปีความร้อนจากแกนหลอมเหลวและการสลายตัวของสารกัมมันตรังสีทำให้เสื้อคลุมปั่นช้าลงเช่นซุปข้นบนเปลวไฟต่ำ การไหลเวียนนี้เป็นแรงผลักดันที่อยู่เบื้องหลังการเคลื่อนที่ของแผ่นเปลือกโลกซึ่งสร้างภูเขาและทำให้เกิดแผ่นดินไหว
แหล่งข้อมูลหนึ่งที่ให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับฟิสิกส์ของมวลหนืดนี้คือสี่รูปแบบที่เสถียรหรือไอโซโทปของเหล็กที่สามารถพบได้ในหินที่ยกขึ้นสู่พื้นผิวโลกที่สันเขากลางมหาสมุทร เหมือนภูเขาไฟในฮาวายที่โผล่ขึ้นมาผ่านเปลือกโลก นักธรณีวิทยาสงสัยว่าสารนี้มีต้นกำเนิดมาจากบริเวณรอยต่อระหว่างแกนกลางกับแกนกลางประมาณ 1,800 ไมล์ใต้พื้นผิว
“ นักธรณีวิทยาใช้ไอโซโทปเพื่อติดตามกระบวนการทางเคมีและฟิสิกส์ในธรรมชาติวิธีที่นักชีววิทยาใช้ DNA เพื่อติดตามวิวัฒนาการของชีวิต” หยินกล่าว
เนื่องจากองค์ประกอบของไอโซโทปเหล็กในหินจะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับความดันและอุณหภูมิภายใต้หินที่ถูกสร้างขึ้น Yin กล่าวโดยหลักการนักธรณีวิทยาสามารถใช้ไอโซโทปเหล็กในหินที่สะสมอยู่ ณ จุดร้อนทั่วโลกเพื่อติดตามประวัติศาสตร์ทางธรณีวิทยาของแมนเทิล . แต่เพื่อที่จะทำเช่นนั้นพวกเขาจะต้องรู้ก่อนว่าไอโซโทปนั้นถูกกระจายในมหาสมุทรแมกมาดั้งเดิมของโลกเมื่อมันเย็นตัวลงและแข็งตัว
Yin และ Rustad ตรวจสอบว่าผลกระทบจากการแข่งขันของความกดดันและอุณหภูมิที่ลึกลงไปในการตกแต่งภายในของโลกจะส่งผลกระทบต่อแร่ธาตุในเสื้อคลุมตอนล่างหรือไม่ซึ่งเป็นพื้นที่ที่ทอดยาวจากใต้เปลือกโลกประมาณ 400 ไมล์ อุณหภูมิสูงถึง 4,500 องศาเคลวินในภูมิภาคช่วยลดความแตกต่างของไอโซโทประหว่างแร่ธาตุให้อยู่ในระดับต่ำสุดในขณะที่แรงกดดันจากการบดมีแนวโน้มที่จะเปลี่ยนรูปแบบพื้นฐานของอะตอมเหล็กเองปรากฏการณ์ที่เรียกว่า
ทั้งคู่คำนวณองค์ประกอบไอโซโทปเหล็กของแร่ธาตุสองชนิดภายใต้ช่วงอุณหภูมิความดันและสถานะการหมุนแบบอิเล็กทรอนิกส์ต่าง ๆ ซึ่งตอนนี้เป็นที่รู้จักกันว่าเกิดขึ้นในชั้นล่าง ferroperovskite และ ferropericlase มีธาตุเหล็กแทบทั้งหมดที่เกิดขึ้นในส่วนลึกของโลก
การคำนวณนั้นซับซ้อนมากจนแต่ละชุด Rustad และ Yin วิ่งผ่านคอมพิวเตอร์ต้องใช้เวลาหนึ่งเดือนจึงจะเสร็จสมบูรณ์
Yin และ Rustad ระบุว่าความกดดันที่รุนแรงจะมีไอโซโทปที่หนักกว่าของเหล็กเข้มข้นใกล้กับด้านล่างของเสื้อคลุมตกผลึก
นักวิจัยวางแผนที่จะจัดทำเอกสารการเปลี่ยนแปลงของไอโซโทปเหล็กในสารเคมีบริสุทธิ์ที่อยู่ภายใต้อุณหภูมิและแรงกดดันในห้องปฏิบัติการที่เทียบเท่ากับที่พบในขอบเขตแกนกลาง - ปกคลุม ในที่สุดหยินกล่าวว่าพวกเขาหวังว่าจะเห็นการคาดการณ์ทางทฤษฎีของพวกเขาในตัวอย่างทางธรณีวิทยาที่สร้างจากเสื้อคลุมล่าง
ที่มา: EurekAlert
