Magnesiowustitkristalle verlieren beim Quetschen die Fähigkeit zur Infrarotübertragung. klicken um zu vergrößern
Forscher des Geophysical Laboratory der Carnegie Institution haben herausgefunden, dass bestimmte Mineralien das Infrarotlicht nicht mehr leiten, wenn sie sich dem Erdkern nähern. Obwohl sie Infrarotlicht perfekt an der Oberfläche durchlassen, absorbieren sie es tatsächlich, wenn sie durch den starken Druck in der Nähe des Erdkerns zerquetscht werden. Diese Entdeckung wird Wissenschaftlern helfen, den Wärmefluss im Erdinneren besser zu verstehen und neue Modelle der Planetenbildung und -entwicklung zu entwickeln.
Mineralien, die durch starken Druck in der Nähe des Erdkerns zerkleinert werden, verlieren laut einer neuen Studie des Geophysical Laboratory der Carnegie Institution einen großen Teil ihrer Fähigkeit, Infrarotlicht zu leiten. Da Infrarotlicht zum Wärmefluss beiträgt, stellt das Ergebnis einige lang gehegte Vorstellungen über die Wärmeübertragung im unteren Mantel, der Schicht aus geschmolzenem Gestein, die den festen Erdkern umgibt, in Frage. Die Arbeit könnte die Untersuchung von Mantelwolken-großen Säulen aus heißem Magma unterstützen, von denen angenommen wird, dass sie Merkmale wie die Hawaii-Inseln und Island hervorbringen.
Kristalle von Magnesiowustit, einem in der tiefen Erde verbreiteten Mineral, können bei normalem atmosphärischem Druck Infrarotlicht durchlassen. Wenn diese Kristalle jedoch auf das über eine halbe Millionfache des Drucks auf Meereshöhe gequetscht werden, absorbieren sie stattdessen Infrarotlicht, was den Wärmefluss behindert. Die Forschung wird in der Ausgabe vom 26. Mai 2006 der Zeitschrift Science erscheinen.
Die Mitarbeiter von Carnegie, Alexander Goncharov und Viktor Struzhkin, drückten mit dem Postdoktoranden Steven Jacobsen Magnesiowustitkristalle unter Verwendung einer Diamantambosszelle - einer Kammer, die von zwei superharten Diamanten gebunden wird, die einen unglaublichen Druck erzeugen können. Sie strahlten dann intensives Licht durch die Kristalle und maßen die Wellenlängen des Lichts, durch das es gelangte. Zu ihrer Überraschung absorbierten die komprimierten Kristalle einen Großteil des Lichts im Infrarotbereich, was darauf hindeutet, dass Magnesiowustit bei hohen Drücken ein schlechter Wärmeleiter ist.
"Der Wärmefluss im tiefen Erdinneren spielt eine wichtige Rolle für die Dynamik, Struktur und Entwicklung des Planeten", sagte Goncharov. Es gibt drei Hauptmechanismen, durch die Wärme wahrscheinlich in der tiefen Erde zirkuliert: Wärmeleitung, Wärmeübertragung von einem Material oder Bereich zu einem anderen; Strahlung, der Energiefluss über Infrarotlicht; und Konvektion, die Bewegung von heißem Material. "Die relative Menge des Wärmeflusses aus diesen drei Mechanismen wird derzeit intensiv diskutiert", fügte Goncharov hinzu.
Magnesiowustit ist das zweithäufigste Mineral im unteren Mantel. Da es bei hohen Drücken keine Wärme gut überträgt, könnte das Mineral tatsächlich isolierende Stellen um einen Großteil des Erdkerns bilden. In diesem Fall trägt die Strahlung möglicherweise nicht zum gesamten Wärmefluss in diesen Bereichen bei, und Leitung und Konvektion spielen möglicherweise eine größere Rolle bei der Ableitung von Wärme aus dem Kern.
"Es ist noch zu früh, um genau zu sagen, wie sich diese Entdeckung auf die Geophysik der tiefen Erde auswirken wird", sagte Goncharov. "Aber so viel von dem, was wir über die tiefe Erde annehmen, hängt von unseren Modellen der Wärmeübertragung ab, und diese Studie stellt vieles davon in Frage."
Ursprüngliche Quelle: Carnegie Institution
