Геологи узнали, как распространенный минерал «портит» сейсмологические данные

Фото: Chi Ma / Caltech

Ученые изучили физико-химические свойства разных видов бриджманита — минерала, который занимает около половины «внутренностей» Земли, и выяснили, насколько он стабилен в нижних слоях мантии и как его состав влияет на распространение звуковых волн.

Бриджманит, или силикат-перовскит, — самый распространенный природный минерал на Земле. В его состав, как правило, входят атомы алюминия, магния, железа, кремния и кислорода в разных пропорциях. Несмотря на распространенность бриджманита, он еще достаточно плохо изучен: было неизвестно, остается бриджманит в нижних слоях мантии стабильным и существует ли бриджманит без алюминия и магния, роль которых выполняют двух- и трехвалентные ионы железа. В новой работе ученые из Германии, Франции, России и США изучили свойства разных видов бриджманита и показали, как его наличие в нижних слоях мантии влияет на скорость распространения сейсмических волн.

Чтобы понять, как ведет себя бриджманит при высокой температуре и давлении в нижних слоях мантии Земли, исследователи сдавливали небольшие кристаллы минерала алмазными наковальнями и нагревали лазером.

Оказалось, что по мере увеличения давления и температуры бриджманит проходит ряд фазовых переходов, иногда распадаясь на составляющие его оксиды, а иногда формируя монокристалл. В условиях, близких к нижним слоям мантии, при температуре выше 3000 К и давлении между 45 и 110 гигапаскалями, бриджманит, содержащий только ионы железа, оставался стабильным. Как показали эксперименты, сжимаемость такого соединения сильно отличается от других типов бриджманита и, соответственно, сильнее изменяет скорость распространения звука в этой породе. Авторы отмечают, что при интерпретации данных сейсмической томографии необходимо учитывать наличие «железного» бриджманита в нижних слоях мантии.

Исследование международной группы ученых, включающих геологов из МГУ, опубликовано в журнале Science Advances.

Недавно международная группа ученых предложила два альтернативных объяснения существованию границы раздела вещества в земной мантии. Согласно одной из теорий, нижние слои мантии содержат более плотное вещество, согласно другой — более вязкое.
Теги:

Читать еще на Чердаке: