Joseph Norman
0 
2664
256
Mystiska klatter djupt i jordens mantel kan vara mineraler som föll ut ur ett forntida magmahav som bildades i kollisionen som också skapade månen.
Dessa klatter, kallade ultralow-hastighetszoner, finns mycket djupt i manteln, nära jordens kärna. De är kända bara för att när seismiska vågor från jordbävningar reser genom dem, vågorna långsamt drar. Detta indikerar att klumparna på något sätt skiljer sig från andra delar av manteln, men ingen vet hur.
Nu antyder ny forskning att klumparna kan vara ett järnoxidrikt mineral som kallas magnesiowüstite. Om så är fallet, skulle deras existens antyda till ett tidigare magmahav som kan ha funnits för 4,5 miljarder år sedan, när en enorm bit av rymdrock rammade in på jorden, snurrade av det material som skulle bli månen och eventuellt smälte stora delar av planeten . [I foton: Watery Ocean Hidden Beneath Earth's Surface]
"Om man kan identifiera att dessa lappar innehåller en mängd magnesiowüstit som skulle vara en indikation på att det fanns ett magmahav och det kristalliserades på detta sätt där den järnrika oxiden fälldes ut och sjönk ner till mantelens bas," sa studieledaren Jennifer Jackson, professor i mineralfysik vid California Institute of Technology.
Udda klatter
Manteln är cirka 2 800 mil (2 900 kilometer) tjock, och ultralowhastighetszonerna är mindre än en mil upp till 62 mil (100 km) tjocka och breda, berättade Jackson. De bromsar seismiska vågor som reser genom dem från 30 till 50 procent.
Att studera dessa konstiga klumpar direkt är inte möjligt, så Jackson och hennes kollegor var tvungna att efterlikna trycket från den djupa manteln precis vid jordens yta. För att ta reda på om mineralet magnesiowüstite har den typ av egenskaper som ses i ultralow-hastighetszoner, tog forskarna ett litet prov av mineralet, satte det i en tryckkammare och pressade det hårt med ett par diamantstädar. Hela apparaten är tillräckligt liten för att passa i handflatan.
"Ibland säger jag att jag bär runt kärnmantelens gränstryck i fickan," sa Jackson.
Forskarna bombarderade provet med röntgenstrålar från olika vinklar och mätte sedan röntgenstrålarnas energi när de gick ut ur provet och letade efter hur interaktioner med den kristallina strukturen i mineralet förändrade dem.
Under press
De fann att högt tryck förändrar allt. Vid atmosfärstryck, sa Jackson, är vågor som lämnar ett magnesiowüstite-prov alltid samma, oavsett vilken riktning de reser genom kristallen. [Foton: Världens konstigaste geologiska formationer]
Vid kärnmantelens gränstryck är dock riktningen för vågorna mycket viktig. Det kan vara upp till 60 procent skillnad i hastigheten på en våg som går igenom kristallen beroende på hur den passerar igenom. En tvärgående våg som reser genom mineralet rör sig med lite mindre än 1,8 miles per sekund (3 km / s) i en riktning och lite mer än 3,1 miles per sekund (5 km / s) i en annan, sade Jackson.
Den snabbaste resningsriktningen för vågorna vid atmosfärstryck - längs kanten av kristallstrukturen - är den långsammaste rörelseriktningen för vågor vid kärnmanteltryck, sa hon. Den snabbaste körriktningen vid kärnmanteltrycket är över kristallens yta i labbet. Dessa skillnader i hur vågorna rör sig beroende på riktningen och den kristallina strukturen kallas anisotropier.
Vad betyder detta för den verkliga manteln? Nåväl, sa Jackson, har anisotropier också observerats där nere. Ingen har verkligen sett för att se om ultralow-hastighetszoner har dem, men det finns anledning att tro att de kan. Om den kylning-magma-havteorin är sann och det finns magnesiowüstite djupt i manteln, skulle den kunna skjutas, klämmas och skjutas in i en anisotropisk konfiguration av bitar av havskorpan som har skjutits djupt in i manteln i processen med subduktion. (Subduktion är när en bit skorpa skjuter under en annan och dyker in i manteln, som händer längs kusten i nordvästra Nordamerika idag.)
"Om vi kan leta efter det, skulle det vara riktigt bra bevis för att föreslå denna interaktion mellan antik plattaundduktion och ultralowshastighetszoner som innehåller denna järnrika oxid," sa Jackson.
Nu hoppas Jackson att samarbeta med seismologer för att se om seismiska vågor som kommer in i ultralowshastighetszoner kommer ut annorlunda beroende på körriktningen. Om de gör det kommer det att stärka magnesiowüstithypotesen ytterligare.
"Närvaron av detta mineral, som formas av plattan, kan ge oss inblick i jordens magmahav och dess kristallisering," sade Jackson.
Forskarna publicerade sina resultat i maj i Journal of Geophysical Research: Solid Earth.
Redaktörens anmärkning: Den här artikeln har uppdaterats för att korrigera ett uttalande om subduktion.
Originalartikel om .