Viskositetsmålinger giver ny indsigt i jordens kappe

En international forskergruppe med Dr. Longjian Xie fra Bavarian Research Institute of Experimental Geochemistry &Geophysics (BGI) fra University of Bayreuth er for første gang lykkedes med at måle den viskositet, som smeltede faste stoffer udviser under de tryk- og temperaturforhold, der findes i nederste jordkappe. De opnåede data understøtter antagelsen om, at et bridgmanitberiget klippelag blev dannet i løbet af jordens tidlige historie i en dybde på omkring 1, 000 kilometer – ved grænsen til den øvre kappe. Ud over, dataene giver også indikationer på, at den nedre kappe indeholder større reservoirer af materialer, der stammer fra et tidligt magmahav og har været uændret indtil i dag. Forskerne har præsenteret deres resultater i det videnskabelige tidsskrift Naturkommunikation .

For viskositetsmålinger, forskerne brugte et varmeelement, de udviklede, baseret på en bor-doteret og derfor elektrisk ledende diamant. For eksempel, de var i stand til at undersøge materialeprøver i en multi-ambolt presse ved tryk på op til 30 giga-pascal og ved temperaturer på næsten 3, 000 grader Celsius – dvs. under forhold svarende til dem, der herskede i den nedre kappe af den tidlige jord. Prøverne blev udvalgt til sammensætning svarende til de vigtigste mineraler til stede i den nedre kappe. Ved hjælp af et superhurtigt kamera (1000 billeder/sekund), smelteprocesserne, der finder sted i multi-amboltpressen, blev observeret, og viskositeten af ​​det smeltede materiale blev målt.

De opnåede data viste sig at være særligt afslørende med hensyn til magmahavet, hvoraf jordens kappe blev dannet i løbet af jordens historie. Baseret på deres viskositetsmålinger, forskerne kunne vise, at krystallisationen af ​​magmahavet i høj grad var afhængig af trykniveauet. Dette resulterede i en såkaldt fraktioneret krystallisation i en dybde på omkring 1, 000 kilometer. "Vores måledata understøtter antagelsen om, at et stenlag indeholdende en høj andel af mineralet bridgmanit blev dannet i denne dybde på grund af krystallisationsprocesser. Dette lag kan være ansvarlig for den høje viskositet, der er observeret i denne dybde i tidligere geofysiske undersøgelser, " forklarer Dr. Longjian Xie, en post-doc forsker ved BGI og hovedforfatter af undersøgelsen, der nu er offentliggjort. De andre medlemmer af det internationale team af forfattere arbejder i Japan, ved Okayama University og elektronsynkrotronen Spring-8, og i Frankrig ved Université Clermont Auvergne og synkrotronen SOLEIL i Saint Aubin.