Simuleren van de voorwaarden 2, 700 kilometer diep onder de grond, wetenschappers hebben een belangrijke transformatie bestudeerd van het meest voorkomende mineraal op aarde, overbrugging. De resultaten van de Extreme Conditions Beamline bij DESY's röntgenlichtbron PETRA III laten zien hoe bridgmaniet verandert in een structuur die bekend staat als post-perovskiet, een transformatie die de dynamiek van de lagere aardmantel beïnvloedt, inclusief de verspreiding van seismische golven. De analyse kan een verklaring geven voor een reeks eigenaardige seismische waarnemingen, zoals het team onder leiding van Sébastien Merkel van de Université de Lille in Frankrijk rapporteert in de Journal Natuurcommunicatie .

Bridgmanite is een magnesium-ijzermineraal ((Mg, Fe)SiO ₃ ) met een kristalstructuur die niet stabiel is onder omgevingsomstandigheden. Het vormt ongeveer 660 kilometer onder het aardoppervlak, en microkristallijne korrels gevonden als insluitsels in meteorieten zijn de enige monsters die ooit op het oppervlak zijn teruggevonden. "Om bridgmaniet te bestuderen onder de omstandigheden van de onderste mantel, we moesten eerst het mineraal produceren, " legt Merkel uit. Om dit te doen, de wetenschappers hebben kleine hoeveelheden ijzer-magnesium-siliciumoxide in een diamanten aambeeldcel (DAC) gecomprimeerd, een apparaat dat met hoge druk monsters tussen twee kleine diamanten aambeelden kan persen.

Het vers gemaakte bridgmaniet werd vervolgens onder een nog hogere druk van 1,2 megabar (ongeveer 1,1 miljoen keer de druk op het oppervlak) geplaatst, wat overeenkomt met de onderste laag van de aardmantel, net boven de kern. Hier, seismische golven worden gereflecteerd terwijl ze door het binnenste van de aarde reizen, en de manier waarop ze worden weerspiegeld, hangt af van de eigenschappen van het materiaal dat ze tegenkomen. "Seismische golven gedragen zich soms raar in die regio, " zegt Merkel. "Soms zie je sterke reflecties, en soms zie je helemaal niets."

Wetenschappers vermoeden al lang dat een structurele verandering binnen bridgmanite een belangrijk onderdeel van de verklaring is. "We weten al 15 jaar dat bridgmaniet onder deze omstandigheden verandert in een andere kristalstructuur, post-perovskiet genaamd, maar wat we niet wisten was, hoe snel doet hij dat, " legt Merkel uit. Post-perovskiet bestaat uit dezelfde chemische elementen als bridgmaniet, maar heeft een andere kristalstructuur, leidt tot verschillende kenmerken.

Bij DESY's Extreme Conditions Beamline (P02.2) konden de wetenschappers nu de dynamiek van de transformatie onderzoeken. Het bleek dat het in ongeveer 10 tot 10 gebeurt, 000 seconden, afhankelijk van druk en temperatuur. Dit omvat de tijdschaal van de frequentie van seismische golven. "Dit betekent dat seismische golven de transformatie kunnen veroorzaken, en op zijn beurt kan het het seismische signaal versterken, " benadrukt Merkel. "Deze observatie verklaart waarom je soms sterke reflecties ziet en soms niet. En het zou ook andere anomalieën kunnen verklaren."

De mantel-kern grens op ongeveer 2, 900 kilometer onder het oppervlak is niet zo scherp als een spiegeloppervlak. In plaats daarvan in een regio ongeveer 200 kilometer boven de kern, bekend als de D"-laag, grote platen van verschillende materialen met verschillende structuren bewegen. "Je kunt het zien als een tweede set platentektoniek daar beneden, " legt Merkel uit. Ook in een grenslaag van ongeveer 100 kilometer dikte, bridgmaniet en post-perovskiet kunnen naast elkaar bestaan, bemoeilijken de analyse van seismische signalen. Hoe meer details wetenschappers weten over de fysieke kenmerken van het materiaal aan de grens, hoe beter de analyse die ze kunnen doen. Dit helpt niet alleen om het grensgebied zelf te onderzoeken, maar ook vele andere gebieden binnen de aarde, terwijl seismische golven alle lagen op hun weg aftasten. "Hoe beter we de materiaaleigenschappen kennen aan de kern-mantelgrens, des te scherper is onze kijk op het binnenste van de aarde, ', zegt Merkel.