Mystisk dyb-jord seismisk signatur forklaret

Ny forskning i ilt- og jernkemi under de ekstreme forhold fundet dybt inde i Jorden kunne forklare et langvarigt seismisk mysterium kaldet zoner med ultralav hastighed. Udgivet i Natur , resultaterne kan have vidtrækkende konsekvenser for vores forståelse af Jordens geologiske historie, inklusive livsændrende begivenheder såsom den store iltningsbegivenhed, som fandt sted for 2,4 milliarder år siden.

Sidder ved grænsen mellem den nederste kappe og kernen, 1, 800 miles under jordens overflade, ultralavhastighedszoner (UVZ) er kendt af forskere på grund af deres usædvanlige seismiske signaturer. Selvom denne region er alt for dyb til, at forskere nogensinde kan observere det direkte, instrumenter, der kan måle udbredelsen af ​​seismiske bølger forårsaget af jordskælv, giver dem mulighed for at visualisere ændringer i Jordens indre struktur; ligner hvordan ultralydsmålinger lader læger se ind i vores kroppe.

Disse seismiske målinger gjorde det muligt for forskere at visualisere disse ultralave hastighedszoner i nogle områder langs kernemantelgrænsen, ved at observere opbremsningen af ​​seismiske bølger, der passerer gennem dem. Men at vide, at UVZ'er eksisterer, forklarede ikke, hvad der forårsagede dem.

Imidlertid, nylige fund om jern- og oxygenkemi under dybe jordforhold giver et svar på dette langvarige mysterium.

Det viser sig, at vand indeholdt i nogle mineraler, der bliver trukket ned i Jorden på grund af pladetektonisk aktivitet, kan, under ekstreme tryk og temperaturer, opdeles - frigøre brint og gøre det muligt for den resterende ilt at kombineres med jernmetal fra kernen for at skabe et nyt højtryksmineral, jernperoxid.

Anført af Carnegies Ho-kwang "Dave" Mao, forskerholdet mener, at så meget som 300 millioner tons vand hvert år kan føres ned i Jordens indre og generere dybe, massive reservoirer af jerndioxid, som kunne være kilden til zoner med ultralav hastighed, der bremser seismiske bølger ved kerne-kappegrænsen.

For at teste denne idé, holdet brugte sofistikerede værktøjer ved Argonne National Laboratory til at undersøge udbredelsen af ​​seismiske bølger gennem prøver af jernperoxid, der blev skabt under dyb-Jord-lignende tryk- og temperaturforhold ved hjælp af en laseropvarmet diamantamboltcelle. De fandt ud af, at en blanding af normal kappesten med 40 til 50 procent jernperoxid havde samme seismiske signatur som de gådefulde zoner med ultralav hastighed.

For forskerholdet, et af de mest spændende aspekter af denne opdagelse er potentialet for et reservoir af ilt dybt inde i planetens indre, som, hvis den periodisk frigives til Jordens overflade, kan ændre Jordens tidlige atmosfære væsentligt, muligvis forklarer den dramatiske stigning i atmosfærisk ilt, der skete for omkring 2,4 milliarder år siden ifølge den geologiske rekord.

"At finde eksistensen af ​​et kæmpe internt iltreservoir har mange vidtrækkende implikationer, Mao forklarede. "Nu bør vi genoverveje konsekvenserne af sporadiske iltudbrud og deres sammenhænge med andre store begivenheder i Jordens historie, såsom båndet jernformation, snebold jorden, masseudryddelser, oversvømmelse basalter, og superkontinentspalter."