Magnesiowustietkristallen verliezen het vermogen van infraroodtransmissie wanneer ze worden geplet. Klik om te vergroten
Onderzoekers van het Geophysical Laboratory van het Carnegie Institution hebben ontdekt dat bepaalde mineralen geen infrarood licht meer geleiden als ze zich in de buurt van de aardkern bevinden. Hoewel ze infrarood licht perfect doorlaten op het oppervlak, absorberen ze het zelfs wanneer ze worden verpletterd door de intense druk nabij de aardkern. Deze ontdekking zal wetenschappers helpen de warmtestroom in het binnenste van de aarde beter te begrijpen en zal helpen bij het ontwikkelen van nieuwe modellen van planetaire vorming en evolutie.
Mineralen die door intense druk nabij de kern van de aarde worden gemalen, verliezen veel van hun vermogen om infrarood licht te geleiden, volgens een nieuwe studie van het Geophysical Laboratory van het Carnegie Institution. Omdat infrarood licht bijdraagt aan de warmtestroom, daagt het resultaat een aantal lang bestaande ideeën uit over warmteoverdracht in de onderste mantel, de laag gesmolten gesteente die de vaste kern van de aarde omringt. Het werk zou kunnen helpen bij de studie van mantelpluimen - grote kolommen met heet opwellend magma waarvan wordt aangenomen dat ze kenmerken produceren zoals de Hawaiiaanse eilanden en IJsland.
Kristallen van magnesiowustiet, een veel voorkomend mineraal in de diepe aarde, kunnen infrarood licht doorlaten bij normale atmosferische druk. Maar wanneer ze worden geplet tot meer dan een half miljoen keer de druk op zeeniveau, absorberen deze kristallen in plaats daarvan infrarood licht, wat de warmtestroom belemmert. Het onderzoek verschijnt in het nummer van 26 mei 2006 van het tijdschrift Science.
Carnegie-stafleden Alexander Goncharov en Viktor Struzhkin, samen met postdoctoraal onderzoeker Steven Jacobsen, drukten kristallen van magnesiowustiet met behulp van een diamant-aambeeldcel - een kamer gebonden door twee superharde diamanten die ongelooflijke druk konden genereren. Vervolgens schenen ze intens licht door de kristallen en maten ze de golflengten van het licht dat er doorheen kwam. Tot hun verbazing absorbeerden de gecomprimeerde kristallen veel van het licht in het infraroodbereik, wat suggereert dat magnesiowustiet een slechte warmtegeleider is bij hoge drukken.
"De warmtestroom in het diepe binnenste van de aarde speelt een belangrijke rol in de dynamiek, structuur en evolutie van de planeet", zei Goncharov. Er zijn drie primaire mechanismen waardoor warmte waarschijnlijk in de diepe aarde circuleert: geleiding, de overdracht van warmte van het ene materiaal of gebied naar het andere; straling, de stroom van energie via infrarood licht; en convectie, de beweging van heet materiaal. "De relatieve hoeveelheid warmtestroom van deze drie mechanismen wordt momenteel intensief besproken", voegt Goncharov toe.
Magnesiowustiet is het op één na meest voorkomende mineraal in de onderste mantel. Omdat het bij hoge druk de warmte niet goed doorlaat, kan het mineraal isolerende plekken vormen rond een groot deel van de aardkern. Als dat het geval is, draagt straling mogelijk niet bij aan de algehele warmtestroom in deze gebieden, en geleiding en convectie kunnen een grotere rol spelen bij het afvoeren van warmte uit de kern.
"Het is nog te vroeg om precies te zeggen hoe deze ontdekking de aardse geofysica zal beïnvloeden", zei Goncharov. "Maar zoveel van wat we aannemen over de diepe aarde is afhankelijk van onze modellen van warmteoverdracht, en deze studie stelt veel vragen ter discussie."
Oorspronkelijke bron: Carnegie Institution
