Wetenschappers hebben nu een duidelijker beeld van de aardmantel, dankzij onderzoek van de Michigan State University gepubliceerd in het huidige nummer van Natuurcommunicatie .

De grootste uitdaging van het bestuderen van het midden van de planeet, grootste laag - ingeklemd tussen zijn ijzeren kern en het dunne oppervlak dat zijn levende wezens herbergt - is dat het niet kan worden gezien. Het is vergelijkbaar met een patiënt die een CAT-scan krijgt, en de dokter kan donkere en lichte vlekken zien die wijzen op gezond weefsel en tumoren.

In plaats van een CAT-scan, echter, geologen gebruiken seismografen. Maar aangezien ze niet naar beneden kunnen duiken om te ontdekken wat de "vlekken" eigenlijk betekenen, ze moeten ontcijferen wat het verschil in golffrequenties hen vertelt.

"We kijken naar een foto van de mantel, maar we weten niet wat de kleuren betekenen, " zei Susannah Dorfman, MSU-geowetenschapper en co-hoofdauteur van de studie. "De seismische golfpatronen vertonen een contrast dat wijst op verschillende squishiness en verschillende dichtheden; het is onze taak om erachter te komen wat daar beneden is en waarom."

Wetenschappers denken dat de mantel is als marmercake, vermengd door stukjes oceaanbodem en oergesteente samen te wervelen. Zoals de chocolade- en vanillecake, verschillende delen van de mantel hebben verschillende samenstellingen.

Dorfman vergelijkt haar lab en de analyse die haar team uitvoert met chef-koks in een testkeuken. Het hoofdingrediënt van dit menu, Hoewel, is bridgmanite - het meest overvloedige mineraal op aarde. Dit mineraal vormt naar schatting meer dan 50 procent van de aarde. Hoewel alomtegenwoordig in de mantel, bridgmanite is vrij zeldzaam aan de oppervlakte.

Hoe zeldzaam? Het bestaan ​​ervan is sinds de jaren '70 getheoretiseerd en vervaardigd in laboratoria. Maar het was pas in 2014 dat er een stukje natuurlijk bridgmaniet werd gevonden in een meteoriet, de kristalstructuur in kaart gebracht en officieel gedoopt.

In het keukenlab het team kookte een monster van het zeldzame mineraal. Met behulp van een diamanten aambeeld-drukcel en laserverwarming - om de onvoorstelbare druk en hitte van de mantel te dupliceren - testten ze hun recept van bridgmanite met een snufje ferri-ijzer. Deze combinatie is vrij dicht en geoxideerd. (IJzerijzer is te vinden in roest.)

"De minimale druk die je nodig hebt om bridgmaniet in de mantel te maken - een kwart miljoen atmosfeer - is als het gewicht van een olifant in evenwicht op een maanzaad, ' zei Dorfman.

Het team, mede geleid door Jiachao Liu, voorheen bij MSU nu bij de Universiteit van Texas in Austin, veranderde ook de samenstelling van bridgmanite, het verwisselen van magnesium- en siliciumatomen voor ijzer 3+ atomen.

"Het veranderde de structuur en hoe het werkt, "Zei Dorfman. "Er is een verandering in het ijzeratoom dat een spinovergang wordt genoemd, waar het atoom krimpt en dichter wordt door de intense druk. Dit dupliceert mogelijk wat er diep in de mantel gebeurt."

Deze in het laboratorium gekookte recepten bieden een model en enkele inzichten in de mineralen die mogelijk de mantel vormen. Wat Dorfmans team kookte is geen exacte kopie van de mantelmineralen, maar het eindresultaat leverde de duidelijkste metingen van de dichtheid op, samendrukbaarheid en elektronische geleidbaarheid van roestig bridgmanite in de onderste mantel.

Hoewel Dorfman en andere wetenschappers misschien nooit mantelkernmonsters uit de eerste hand zullen zien, de observaties en metingen van het laboratorium zullen wetenschappers helpen interpreteren wat seismische golven hen kunnen vertellen.

Deze studie zal wetenschappers helpen om geofysische metingen te gebruiken om de hoeveelheid ijzer in de mantel nauwkeurig in kaart te brengen, maar het team heeft ook vastgesteld dat het moeilijk zal zijn om te zien hoe geoxideerd het is. Dorfman blijft optimistisch dat deze onderzoekslijn enkele van de mysteries van de mantel zal onthullen.

"De diepe mantel is een vreemde plek met mysterieuze kenmerken die mogelijk overblijfselen zijn van de vorming van de aarde, begraafplaatsen voor stapels verzonken tektonische platen, bronnen voor hotspotvulkanen zoals Hawaï of de processen die de atmosfeer hebben gevormd, "Zei Dorfman. "Alles wat we kunnen ontdekken over de samenstelling van kenmerken aan de basis van de mantel kan ons helpen deze mysteries op te lossen."

Wetenschappers van de Universiteit van Michigan, Centrum voor High Pressure Science and Technology Research (China), Universiteit van Hawaï, Argonne National Laboratory en de University of Illinois maakten ook deel uit van dit onderzoek.