Результаты – изданный сегодня в журнале Nature Geoscience – также могут объяснить некоторые глубокие землетрясения, намекнуть, что интерьер Земли более горячий, чем веривший, и предложите, почему частично расплавленная порода или магмы, кормящие вулканы midocean-горного-хребта, такие как Исландия, отличаются химически от магм, снабжающих островные вулканы как Гавайи.«У Земли есть много слоев, как луковица», говорит Лоуэлл Мияджи, доцент геологии и геофизики в Университете Юты. «Большинство слоев определено полезными ископаемыми, которые присутствуют. По существу мы обнаружили новый слой в Земле. Этот слой не определен существующими полезными ископаемыми, но прочностью этих полезных ископаемых».
Главные слои земли – тонкая корка 4 – 50 миль глубиной (разбавитель под океанами, более толстыми под континентами), мантия, простирающаяся 1 800 миль глубиной и железное ядро. Но есть подразделения.
Корка и часть верхней формы 60-мантии к архитектурным или литосферным пластинам 90 миль толщиной, которые похожи на главную сторону ленточных конвейеров, несущих континенты и морское дно.Океанские пластины сталкиваются передней частью с континентальными пластинами на расстоянии от берега от Чили, Перу, Мексики, Пэкифик-Нортвест, Аляска, Камчатки, Японии и Индонезии.
В тех местах передний край океанской пластины сгибается в плиту, которая ныряет или «подтрубочки» под континентом, вызывая землетрясения и вулканизм, поскольку плиты спускаются в мантию, которая похожа на нижнюю часть ленточного конвейера. Процесс субдукции медленный, с плитой, составляющей в среднем примерно 300 миллионов лет, чтобы спуститься, оценки Miyagi.
Miyagi и коллега – физик минерала Хауке Маркардт, Университета Германии Байройта, определили вероятное присутствие супервязкого слоя в более низкой мантии, сжав минеральный железнопериклаз между наковальнями алмаза качества драгоценного камня в прессе. Они сжали его к давлениям как те в более низкой мантии Земли.
Bridgmanite и железнопериклаз – доминирующие полезные ископаемые в более низкой мантии.Исследователи нашли, что прочность железнопериклаза начинает увеличиваться при давлениях, эквивалентных 410 миль глубиной – верхняя ниже граница мантии – и сила увеличивается втрое к тому времени, когда это достигает максимума при давлении, равном 930 миль глубиной.И когда они моделировали, как железнопериклаз ведет себя смешанный с bridgmanite глубокий метрополитен в верхней части более низкой мантии, они вычислили, что вязкость или жесткость скалы мантии на глубине 930 миль приблизительно в 300 раз больше, чем в верхней ниже границе мантии 410 миль глубиной.«Результат был захватывающим», говорит Мияджи. «Это увеличение вязкости, вероятно, заставит subducting плиты застревать – по крайней мере, временно – приблизительно в 930-мильном метрополитене.
На самом деле предыдущие сейсмические изображения показывают, что много плит, кажется, ‘объединяют’ приблизительно 930 миль, включая под Индонезией и Тихоокеанским побережьем Южной Америки. Это наблюдение озадачило сейсмологов в течение достаточно долгого времени, но в прошлом году, есть новое согласие от сейсмологов, которых объединяет большинство плит».
Насколько жесткий или вязкий вязкий слой более низкой мантии? На Паскале второй масштаб вязкость воды 0.001, арахисовое масло 200, и жесткий слой мантии составляет 1 000 миллиардов миллиардов (или 10 к 21-й власти), говорит Мияджи.Субдукция плиты вызывает землетрясения и вулканыДля нового исследования финансирование Мияджи прибыло из американского Национального научного фонда и Маркардт из немецкого Научного Фонда.
«Движения пластины в поверхностных землетрясениях причины и извержениях вулканов», говорит Мияджи. «Причина обшивает движение металлическим листом на поверхности, то, что плиты тяжелы, и они тянут пластины вперед как они подтрубочка в интерьер Земли. Таким образом, что-либо, что затрагивает путь плита подтрубочки, линия, собираясь затрагивать землетрясения и вулканизм».Он говорит, что остановка и деформация снижающихся плит в должном к жесткому слою в мантии могут объяснить некоторые глубокие землетрясения выше в мантии; большинство землетрясений намного более мелко и в корке. «Что-либо, что вызвало бы сопротивление плите, могло потенциально заставить его проваливаться или ломаться выше в плите, вызвав глубокое землетрясение».
Мияджи говорит, что жесткая верхняя часть более низкой мантии также может объяснить различные магмы, замеченные в двух различных видах вулканов морского дна.Переработанная корка и мантия от старых плит в конечном счете появляются в качестве нового морского дна во время извержений вулканических вентилей вдоль midocean горных хребтов – возрастающий конец ленточного конвейера. У магмы в этом новом листовом материале есть химическая подпись более свежей, более мелкой, хорошо смешанной магмы, которая была subducted и несколько раз прорывалась через ленточный конвейер. Но в островных вулканах как Гавайи, созданные глубокой горячей точкой частично расплавленной породы, магма более старая, из более глубоких источников и менее хорошо смешана.
Мияджи говорит, что вязкий слой в более низкой мантии может быть тем, что отделяет источники двух различных магм, которые поставляют два различных видов вулканов.Другое значение жесткого слоя – то, что, «если Вы уменьшаете способность скалы в мантии, чтобы смешаться, теплу также более трудно выйти из Земли, которая могла означать, что интерьер Земли более горячий, чем мы думаем», говорит Мияджи.Он говорит, что ученые верят средней температуре, и давление 410 миль глубиной на верхней ниже границе мантии составляет 2 800 градусов по Фаренгейту и 235,000 раз атмосферное давление на поверхности Земли. Он вычисляет, что в самой жесткой области вязкого слоя, 930 миль глубиной, температурные средние числа, 3 900 градусов по Фаренгейту и давление – 640,000 раз давление воздуха в поверхности Земли.
Изучение интерьера Земли, сжимая кристаллыТакие условия препятствуют тому, чтобы геофизики посетили мантию Земли, таким образом, «мы знаем намного больше о поверхности Марса, чем мы делаем интерьер Земли», говорит Мияджи. «Мы не можем добраться там, таким образом, мы должны сделать эксперименты, чтобы видеть, как эти полезные ископаемые ведут себя под широким спектром условий и использованием что моделировать поведение Земли».Сделать это, «Вы берете два качественных алмаза драгоценного камня и заманиваете образец в ловушку между подсказками», говорит он. «Образец о диаметре человеческих волос. Поскольку алмазные подсказки настолько маленькие, Вы производите очень высокое давление только, поворачивая винты на прессе вручную с гаечными ключами».
Используя алмазные наковальни, исследователи сжали тысячи кристаллов железнопериклаза при давлениях до 960 000 атмосфер. Они использовали железнопериклаз с 10-процентным и 20-процентным железом, чтобы дублировать диапазон, найденный в мантии.
Чтобы наблюдать и измерить интервал атомов в кристаллах железнопериклаза, поскольку они были сжаты в алмазных наковальнях, геофизики бомбардировали кристаллы рентгеном от акселератора в Национальной лаборатории Лоуренса Беркли в Калифорнии, показывая прочность минерала при различных давлениях и позволяя моделирования, показывающие, как скала становится в 300 раз более вязкой в 930 миль глубиной, чем на уровне 410 миль.Открытие было удивлением, потому что исследователи ранее полагали, что вязкость изменилась только немного при температурах и давлениях в интерьере планеты.
Моделирования исследования также решили, что чуть ниже зоны 930 миль глубиной самой высокой вязкости, плиты снижаются более легко снова, поскольку более низкая мантия становится менее жесткой, который происходит, потому что атомы могут переместиться более легко в кристаллах железнопериклаза.Спускающиеся плиты были замечены настолько же глубоко как метрополитен 1 800 миль границы основной мантии.
Поскольку основание подобной ленточному конвейеру мантии медленно перемещается, соединение плит с вмещающей породой, прежде чем смесь прорвется снова миллионы лет спустя и тысячи миль далеко в midocean горных хребтах.