Jordens mystiske D-lag:Et levn fra gamle oceaner og planetariske kollisioner

Dybt inde i Jorden ligger der et mystisk lag kaldet D"-laget. Denne zone ligger omkring 3.000 kilometer nede og ligger lige over grænsen mellem planetens smeltede ydre kerne og dens solide kappe.

I modsætning til en perfekt kugle er D"-laget overraskende plettet. Dets tykkelse varierer meget fra sted til sted, med nogle regioner, der endda mangler et D"-lag helt - ligesom kontinenter hæver sig over jordens oceaner. Disse spændende variationer har fanget geofysikeres opmærksomhed, som beskriver D"-laget som en heterogen eller ikke-ensartet region.

En ny undersøgelse ledet af Dr. Qingyang Hu (Center for High Pressure Science and Technology Advanced Research) og Dr. Jie Deng (Princeton University) antyder, at D" laget muligvis stammer fra Jordens tidligste dage. Deres teori afhænger af Giant Impact-hypotesen , som foreslår et objekt på størrelse med Mars, der er slået ind i proto-Jorden, hvilket skaber et planet-dækkende magmahav i kølvandet. De mener, at D"-laget kan være en unik sammensætning, der er tilbage fra dette kolossale nedslag, der potentielt kan indeholde spor til Jordens dannelse.

Artiklen er publiceret i tidsskriftet National Science Review .

Dr. Jie Deng fremhæver tilstedeværelsen af ​​en betydelig mængde vand i dette globale magmahav. Den nøjagtige oprindelse af dette vand er stadig et emne for debat, med forskellige teorier er blevet foreslået, herunder dets dannelse gennem reaktioner mellem tågegas og magma, eller direkte levering af kometer.

"Den fremherskende opfattelse," fortsætter Dr. Deng, "antyder, at vandet ville have koncentreret sig mod bunden af ​​magmahavet, efterhånden som det afkøledes. Ved de sidste stadier kunne magmaen tættest på kernen have indeholdt vandvolumener, der kan sammenlignes med Jordens nuværende- dag oceaner."

De ekstreme tryk- og temperaturforhold i bunden af ​​magmahavet ville have skabt et unikt kemisk miljø, der fremmer uventede reaktioner mellem vand og mineraler. Dr. Qingyang Hu forklarer, "Vores forskning tyder på, at dette vandholdige magmahav favoriserede dannelsen af ​​en jernrig fase kaldet jern-magnesiumperoxid."

Dette peroxid, med formlen (Fe,Mg)O₂ , har endnu stærkere præference for jern sammenlignet med andre hovedkomponenter, der forventes i den nedre kappe. "Ifølge vores beregning kunne dets affinitet til jern have ført til akkumulering af jerndominerende peroxid i lag, der spænder fra flere til titusinder af kilometer tykke," tilføjer forskerne.

Tilstedeværelsen af ​​denne jernrige peroxidfase ville ændre mineralsammensætningen af ​​D" laget, hvilket afviger fra vores nuværende forståelse. Ifølge den nye model ville mineraler i D" blive domineret af en ny samling:det jernfattige silikat, jernrig (Fe, Mg) peroxid og jernfattig (Fe, Mg) oxid.

Dette jerndominerende peroxid besidder også lave seismiske hastigheder og høj elektrisk ledningsevne, hvilket gør det til en potentiel kandidat til at forklare D"-lagets unikke geofysiske egenskaber. Disse funktioner omfatter zoner med ultralav hastighed og lag med høj ledningsevne, der begge bidrager til D"-laget. lags velkendte kompositoriske heterogenitet.

"Vores resultater tyder på, at jernrig peroxid, dannet af det gamle vand i magmahavet, har spillet en afgørende rolle i udformningen af ​​D"-lagets heterogene strukturer." sagde Qingyang. Denne peroxids stærke affinitet til jern skaber en skarp densitetskontrast mellem disse jernrige pletter og den omgivende kappe.

I det væsentlige fungerer det som en isolator, der forhindrer dem i at blande sig og potentielt forklarer den langvarige heterogenitet, der observeres ved bunden af ​​den nedre kappe. Jie tilføjede:"Denne model stemmer godt overens med de seneste numeriske modelleringsresultater, hvilket tyder på, at den nederste kappes heterogenitet kan være en langvarig funktion."

Flere oplysninger: Qingyang Hu et al., Jordens kerne-kappe-grænse formet ved at krystallisere et vandholdigt terrestrisk magmahav, National Science Review (2024). DOI:10.1093/nsr/nwae169

Leveret af Science China Press