新研究揭示地球深处矿物的惊人行为

Panamint山脉（野玫瑰区，死亡谷国家公园）角砾岩中的Boudinage。新的研究表明，在地球下地幔中，周长石比布里奇曼石强，类似于在能力较差（“较弱”）的岩石中的刚性（“较强”）岩石中形成的布丁。（詹妮弗·杰克逊，加州理工学院）

（蜘蛛网eeook.com）据美国物理学家组织网（作者：Lori Dajose，加州理工学院）：当你读到这篇文章时，你脚下400多英里的地方是一个巨大的极端温度和压力世界，这个世界搅动和进化的时间比人类在地球上的时间还要长。现在，加州理工学院研究人员的一个详细的新模型说明了数百万年来地球内部深处矿物的惊人行为，并表明这些过程实际上以与先前理论完全相反的方式发生。

该研究由一个国际科学家团队进行，其中包括詹妮弗·杰克逊（Jennifer M. Jackson），威廉·E·莱昂哈德矿物物理学教授。一篇描述这项研究的论文发表在1月11日的《自然》杂志上。

“尽管地球面积巨大，但更深的部分经常被忽视，因为它们实际上遥不可及 - 我们无法对它们进行采样，”杰克逊说。“此外，这些过程非常缓慢，我们似乎无法察觉。但是下地幔中的流动与它所接触的一切相通;这是一个影响板块构造并可能控制火山活动的深层引擎。

这颗行星的下地幔是坚固的岩石，但在数亿年的时间里，它像浓稠的焦糖一样缓慢渗出，以一种称为对流的过程将热量带到整个行星内部。

关于允许这种对流发生的机制，许多问题仍未得到解答。下地幔的极端温度和压力 - 高达135千兆帕和数千华氏度 - 使得在实验室中难以模拟。

作为参考，下地幔的压力几乎是海洋最深处压力的一千倍。因此，虽然许多矿物物理学实验室实验提供了关于下地幔岩石行为的假设，但在地质时间尺度上发生的驱动下地幔对流缓慢流动的过程是不确定的。

下地幔主要由一种叫做布里奇曼石的硅酸镁组成，但除了少量的其他矿物质外，还包括少量但大量的氧化镁，称为周长石，混合在布里奇曼石中。实验室实验以前表明，周长石比布里奇曼石弱，更容易变形，但这些实验没有考虑到矿物在数百万年的时间尺度上的行为。当将这些时间尺度纳入复杂的计算模型时，杰克逊及其同事发现，周长石颗粒实际上比它们周围的布里奇曼石更强。

杰克逊说：“我们可以在岩石记录中使用boudinage的类比，其中boudins，法语中的香肠，在不太称职，”较弱“的岩石中发展成刚性的，'更强'的岩石层。

“作为另一个类比，想想厚实的花生酱，”杰克逊解释说。“几十年来，我们一直认为周长石是花生酱中的'油'，并充当布里奇曼石较硬颗粒之间的润滑剂。根据这项新研究，事实证明，周长石颗粒充当厚实花生酱中的“坚果”。周长石颗粒只是顺其自然，但不会影响粘性行为，除非颗粒强烈浓缩。我们表明，在压力下，与布里奇曼石相比，周长石的流动性要慢得多。行为的反转是：周长石几乎不会变形，而主要阶段布里奇曼石控制着地球深层地幔的变形。

了解这些发生在我们脚下的极端过程对于创建我们星球的精确四维模拟非常重要，它也有助于我们更多地了解其他行星。数以千计的系外行星（我们太阳系外的行星）现在已经得到证实，在极端条件下发现更多关于矿物物理学的知识，为与我们自己的行星截然不同的行星的演化提供了新的见解。