Köszönjük, hogy feliratkozott az Eos Buzz-ra.,

a Feltörekvő kutatás a nagynyomású, magas hőmérsékletű kísérletek arra utalnak, hogy a Föld belső magja lehet egy “planetáris babe” alatt egy milliárd éves—fiatalabb, mint a Föld óceánjainak, hangulatát, lakossal.,

ezek az eredmények drasztikus fordulatot jelentenek attól, ahogyan a tudósok úgy gondolták, hogy a Föld belső magja az olvadt kezdetektől napjainkig fejlődött—és a geoscientisták közötti vitatott vita forrása.

a bizonytalanság a fém alapvető tulajdonságainak ütköző méréseiben rejlik. Nem világos, hogy a vas – és vasötvözetek mennyire hatékonyan vezetik a hőt a magban, ami megnehezíti a kutatók számára, hogy leírják, hogyan hűl le a mag az idő múlásával. Az ásványfizikusok, geofizikusok, kondenzált anyagfizikusok és dinamikusok mind próbálnak választ adni.,

“Ez egy nagyon provokatív időszak jelenleg, azt mondanám, az alapvető tanulmányok szempontjából” – mondta Quentin Williams, a Santa Cruz-i Kaliforniai Egyetem Föld-és bolygótudományi professzora.

az elmúlt évtizedben, a tudósok találtak új módokon szorítani fém minták extrém nyomás lövés közben lézerek, hogy a hő a mintákat a hőmérséklet, mint a meleg, mint a Nap felszíne. A kísérletek azonban trükkösek, és a konszenzus megfoghatatlan., A Nature folyóirat ugyanezen számában, 2016 júniusában két kutatócsoport közzétette különálló nagynyomású, magas hőmérsékletű kísérletek eredményeit-drasztikusan eltérő eredményekkel.

“Ez egy nagyon fontos téma, mert alapvetően ez a föld hőtörténetének határfeltétele” – mondta Ronald Cohen, a washingtoni Carnegie Tudományos Intézet kutatója., A válasz átírhatja a Föld történelmének megértését, megnyitva az utat a Föld felszínén zajló dinamikájának felfedezéseihez, például a vulkanizmushoz és a lemeztektonikához, és segítve a távoli világok megvilágítását.

A Föld elektromos generátora

“azt hiszem, mindenki egyetért azzal, hogy mind a köpeny, mind a mag lehűl” – mondta Peter Olson, az Új-Mexikói Egyetem Föld-és bolygótudományi adjunktusa. “Amit jobban szeretnénk tudni, az milyen gyors.,”

a Föld magja készült, nagyrészt a vas, de osztva, két részből áll: egy kis, kikristályosodott labdát edzett vas középpontjában a Föld, az úgynevezett belső mag, folyékony külső mag, ami körülveszi a belső mag egy “zavaros tömege olvadt fém” – mondta Williams. A tudósok a 19. század óta feltételezték a belső és külső vasmagokat a meteoritok összetétele alapján.

köszönetet mondhatunk a magnak a földi virágzó életért., A konvekció a külső magban fenntartja azt a mágneses mezőt, amely megóv minket a kemény napsugárzástól, és érintetlenül tartja a légkört. Mivel a folyékony vas gyenge mágneses mezőn áramlik át, elektromos áramot hoz létre a bolygón belül. Ez az áram viszont másodlagos mágneses mezőt indukál, amely tovább indukálja a mag belsejében lévő áramot. Ez a hurok egy bolygóméretű elektromos generátort hoz létre bolygónk szívében, a geodynamo néven.,

A kutatók azt feltételezték, hogy a belső magnak nagyon öregnek kell lennie, mert az évtizedekre visszanyúló kutatások a Föld legrégebbi fennmaradt kőzeteiben találták meg a geodynamo ujjlenyomatait, társkereső közel 4 milliárd évvel ezelőtt.

és valóban, a régi belső mag gondolata “ésszerűnek hangzott” -mondta Kei Hirose, a Tokiói Egyetem Geofizikai professzora, valamint a Tokiói Technológiai Intézet Föld-Élettudományi Intézetének igazgatója. Ellenőrizte a fontos dobozt: egy régi belső mag több milliárd évig táplálta a geodynamo-t azáltal, hogy a külső magban termikus konvekciót hajtott végre.,

Kohászat Kölcsönöz a Kezét

De Hirose észre, hogy pár embernek meg kellett mérni a hővezető, vas extrém körülmények között, a néhány tanulmány, amely már befejeződött, használata lökéshullám kísérletek, volt nagy a bizonytalanság, s nem könnyen reprodukálható. A hővezető képesség döntő fontosságú lehet a mag dinamikájának rögzítéséhez: a mag mind konvekcióval, mind vezetéssel lehűl, és hogy milyen gyorsan vezet hővezérlést, mennyi hő marad a konvekció vezetéséhez.,

a tudományos irodalom felsorolta a vezetőképesség értékeit, de az értékek “nagyon spekulatívak” voltak-mondta Hirose. Tehát ehelyett a csapat az ősi civilizációkon alapuló tudománytól eltérő területről, a kohászatból kezdett kutatni. A kohászat a fémek tanulmányozása, kezdetei pedig a korai emberi településekre nyúlnak vissza, amikor a fémek kovácsolása volt az erődítő hadseregek jegye. A kohászat ma az anyagtudomány egyik ágaként él, melynek feladata az ásványi és fémfeldolgozás.

“Az ilyen irodalom nem volt ismert a geoscience közösségben” – mondta Hirose., Néztem át kohászati lapokban végző magas hőmérsékletű kísérletek a laborban, Hirose csapata megállapította, hogy a feltételezett kapcsolatok közötti elektromos ellenállás-és vas lerobbant magas hőmérsékleten, ami arra utal, hogy a hővezető, vas valójában nagyon magas. Ha az eredményeik helyesek voltak, a mag nagyon, nagyon gyorsan lehűlt.

a megállapítás “megtörte az összes modellt”-mondta John Hernlund, a Föld-Élettudományi Intézet professzora és igazgatóhelyettese., Hernlund, Hirose és mások 2013-ban egy bombázó cikkben írták le az eredményeket, amelyek “virtuális földrengést hoztak létre a geofizikai közösségben” – mondta Hernlund.

a Science folyóiratban még abban az évben közzétett perspektívában Olson a kérdést “Új alapvető paradoxonnak” nevezte.”Ha a mag sokkal gyorsabban hűl, mint gondoltuk,” a legjobb módja ennek a paradoxonnak az, ha túlmutat a magfejlődés szokásos modelljén ” – írta Olson. Ha a belső mag valójában nagyon fiatal volt, a kutatóknak jobban meg kellett magyarázniuk a geodynamo meghajtását.,

Diamond-Clad Lab Work

a tudományos dolgozat új kísérleteket és elméletvizsgálatot váltott ki.

a természet ugyanazon számában 2016-ban megjelent két dokumentum kísérleti lépéseket mutatott a mag termikus viselkedésének rögzítésére.

a szerzők mindkét papírok használt gyémánt Üllő sejtek, nagynyomású labor eszköz. A sejtek két gyémántot tartalmaznak, tökéletesen polírozva kúpokká, a hegyeikkel leborotválva. A tudósok egy vékony szelet vasat—nem vastagabb, mint egy emberi haj—helyeznek a gyémántok hegyei közé.

a tudósok évtizedek óta kihasználják a Föld legnehezebb ásványát, a gyémántot laboratóriumi kísérletekhez., Egyetlen más ásvány sem tudja megkarcolni, és ha két ellentétes gyémánt tökéletesen illeszkedik egymáshoz,akkor egy szelet vasat a Föld magjánál sokkal nagyobb nyomáshoz szoríthatnak.

Hirose, aki gyakran használt gyémánt üllősejteket a laborban, azt mondta, hogy annak ellenére, hogy a gyémántok erősek, a legkisebb alakváltozás nagy nyomás alatt megrepedhet. A szakértő polírozók 1 mikrométeren belül simítják a gyémántok oldalát, egy kis baktérium szélességét. Hirose egy különösen képzett szakembert “kincsünknek” nevezett, mert kevesen tudnak ilyen pontosságot elérni.,

A gyémántoknak is van egy pluszuk: a kutatók lézereket lőhetnek áttetsző oldalukon keresztül, hogy hőimpulzust küldjenek a mintába. Mindkét vizsgálat lézereket használt a minták több ezer kelvinre történő melegítésére.

két papír története

az egyik diamond Üllői kísérletben egy washingtoni csapat két lézerrel mérte meg a vas hővezető képességét a minta gyors felmelegítésére és a hőmérséklet változásának mérésére.,

a másik kísérlet, egy másik kutatócsoport a Tokiói székhelyű mért vas elektromos vezetőképesség, ingatlan szorosan kapcsolódó hővezető, majd egy empirikus összefüggésből hővezető.

a lapok ellentmondásos eredményeket találtak, és ellentmondásaikból kiderül, hogy milyen nehéz lehet A nagynyomású kísérletek. A Tokiói csoport 88 (+29/-13) wattos hővezetési értéket javasolt méterenként a mag-köpeny határán, míg a Washington, D. C. csoport 25 (±7) wattot javasolt méterenként.kelvin., Az értékek közötti különbség kicsinek tűnhet, de jelentheti a különbséget egy több milliárd éves belső mag és a Föld belső szerkezetének relatív újoncja között.

a kísérleti különbségeknek” köze lehet a mintákban az előnyben részesített kristályorientációhoz ” –mondta Stewart McWilliams, az Edinburgh-i Egyetem kutatója, a washingtoni székhelyű csapat tanulmányának társszerzője.,

Hirose, aki Japánban vezette a csapatot, egyetértett abban, hogy a minták tömörítéséhez használt nyomás befolyásolja a kristályszemek vasban való elhelyezkedését, és a két csapat valóban merőleges méréseket végzett egymásra.

Stewart azt mondta, hogy másokkal most a kísérletek szisztematikus hibáinak modellezésére összpontosítanak, amelyek torzíthatják a méréseket. Ezek a hibák “kis mértékben” magyarázzák az eltéréseket,” de nem elég ” – mondta.

Az idő megmondja, hogy a középút a válasz., Quentin Williams, aki nem vett részt vagy a vizsgálatot, illetve közzétett felülvizsgálatát hővezető kutatás folyóiratban Éves Értékelés a Föld Planetáris Tudományok, azt írta, hogy “mindazonáltal, noha elismerte, hogy köztes kijelentések fokozottan veszélyes…nem lenne meglepő, (ezt a szerző), ha termikus vezetőképesség értékek jobb elméleti, mind kísérleti finomításokat, végül egyesültek, hogy értékeket belül széles körű, 35 80 watt / méter kelvin a feltételek a tetején a külső mag.,”

kompozíciós kompromisszum

amikor a Föld egy homogén törmelékhalomból differenciált, réteges állapotba került, anyaga sűrűséggel elválasztva. A vízben, a levegőben és a szilikátokban Úszó anyag a tetején és a közepén maradt, a sűrű anyag, mint a vas, a középpontba süllyedt.

de a 20. század közepére visszanyúló szeizmikus kutatások szerint a Föld magja nem tiszta vas., Szeizmikus mérések azt mutatják, hogy körülbelül 10% – kal kevesebb, sűrű, mint a tiszta vas -, áll ötvözetek valószínű, beleértve a nikkelt, valamint néhány különleges recept a könnyebb elemek, talán szilícium -, oxigén -, magnézium -, illetve szén-dioxid.

Ez azonban jó hír lehet az alapvető paradoxon számára. A könnyebb elemek jelenléte meghajthatja a konvekciót a magban, így a geodynamo konvekciós forrást biztosít, még akkor is, ha a termikus konvekció túl gyenge. Ha a könnyebb elemek konvekciót okoznak,akkor ez a felhajtóerőforrás munkát ad a mag paradoxonjának.,

Cohen, Hirose és még sokan mások is vizsgálják, hogy a könnyebb elemek milyen hatással vannak a mag hőszállítására. “Ez egy teljesen, teljesen nyitott kérdés” – mondta Hirose.

az új nyomonkövetési vizsgálatok szintén növelik az ante-t. Kenji Ohta, a Tokiói Technológiai Intézet Föld-és bolygótudományi Tanszékének docense elmondta, hogy a laboratóriuma vizsgálja a minták magas hőmérsékleten és nyomáson történő olvasztásának módját, ami egy lépéssel közelebb hozza a tudósokat a Föld folyékony külső magjának utánzásához. A korábbi vizsgálatokat nagyrészt szilárd mintákon végezték.,

“Ez izgalmas dolog” – mondta Williams a versenyről, hogy megtalálja a választ. A föld mag-és hőfejlődésének kérdése “kihívást jelent a következő 15 évben a közösség számára.”

“Ez a sarkalatos kérdés a Föld evolúciójában és mágneses mezőnk evolúciójában” – tette hozzá Williams. “Ez valami, amit végül csak ki kell deríteni. Így, amikor ilyen kihívásokat jelentenek a közösség számára, néha lassan válaszolnak, mert a jó válasz megszerzése nehéz. De végül válaszolnak rájuk. Nagyon optimista vagyok.,”

—Jenessa Duncombe (@jrdscience), Személyzet Író

Köszönetnyilvánítás

Eos köszönöm a tudományos tanácsadó Sébastien Merkel, Ásványi Rock Fizika, segít fejleszteni a július Különleges Téma a nagynyomású, Magas Hőmérsékletű Kísérletek, amely magában foglalja ezt a cikket.