Nauji tyrimai rodo, kad paslaptingasis D sluoksnis ties Žemės šerdies ir mantijos riba galėjo susiformuoti iš ankstyvo didžiulio smūgio liekanų, o geležies turtingas peroksidas vaidina pagrindinį vaidmenį dėl jo unikalių ir ilgalaikių savybių.

Giliai Žemės viduje yra paslaptingas sluoksnis, vadinamas D sluoksniu. Šis regionas yra maždaug 3000 kilometrų gylyje ir yra virš ribos tarp išlydytos planetos išorinės šerdies ir jos kietos mantijos. Skirtingai nuo tobulos sferos, „D“ sluoksnis yra stebėtinai neišsamus. Jo storis įvairiose vietose labai skiriasi, o kai kuriose srityse net visai trūksta „D“ sluoksnio – lygiai taip pat, kaip žemynai pakyla virš Žemės vandenynų. Šie įdomūs skirtumai patraukė geofizikų dėmesį, kurie apibūdino D sluoksnį kaip nevienalytę arba nevienodą sritį.

Naujas tyrimas, kuriam vadovavo dr. Qingyang Hu (aukšto slėgio mokslo ir pažangių technologijų tyrimų centras) ir dr. Jie Ding (Prinstono universitetas) rodo, kad sluoksnis D galėjo atsirasti iš pirmųjų Žemės dienų. Jų teorija remiasi milžiniško poveikio hipoteze, kuri rodo a MarsasDidelio dydžio objektas susidūrė su proto žeme ir po to sukūrė planetos pločio magmos vandenyną. Jie mano, kad D sluoksnis gali būti unikali šio didžiulio smūgio liekanų kompozicija, galinti turėti Žemės formavimosi įrodymų.

Vanduo magmos vandenyne

Dr. Jie Ding pabrėžia, kad šiame pasauliniame magmos vandenyne yra daug vandens. Tiksli šio vandens kilmė tebėra diskusijų tema, nes buvo pasiūlytos įvairios teorijos, įskaitant jo susidarymą sąveikaujant ūko dujoms ir magmai arba tiesioginiam kometų tiekimui. Dr Dengas tęsia: „Vyraujantis požiūris yra tas, kad vanduo vėsdamas telkėsi magmos vandenyno dugne. Iki paskutinių etapų arčiausiai šerdies esančioje magmoje galėjo būti vandens kiekiai, panašūs į esamus dabartiniuose Žemės vandenynuose.

Ekstremalios slėgio ir temperatūros sąlygos žemutiniame magmos vandenyne būtų sukūrusios unikalią cheminę aplinką, skatinusią netikėtą vandens ir mineralų sąveiką. „Mūsų tyrimai rodo, kad šis vandeningas magmos vandenynas prisidėjo prie geležies turtingos fazės, vadinamos geležies ir magnio peroksidu, susidarymo“, – aiškina daktaras Qingyang Hu. Šis peroksidas, kurio formulė (Fe, Mg)O2, labiau mėgsta geležį nei kiti pagrindiniai komponentai, kurių tikimasi apatinėje mantijoje. „Mūsų skaičiavimais, dėl jo jungimosi su geležimi geležies peroksidas galėjo susikaupti nuo kelių iki dešimčių kilometrų storio sluoksniuose.

Heterogeninės struktūros susidarymas ties Žemės šerdies mantijos ribomis. Kreditas: China Science Press

Geležies turtingos peroksido fazės buvimas pakeistų D sluoksnio mineralinę sudėtį, nukrypstant nuo mūsų dabartinio supratimo. Pagal naująjį modelį D mineraluose dominuotų nauja grupė: silpni geležies silikatai, daug geležies turintys peroksidai (Fe, Mg) ir geležies neturtingi oksidai (Fe, Mg). Šis peroksidas, kuriame dominuoja geležis, taip pat pasižymi mažu seisminiu greičiu ir dideliu elektros laidumu, todėl jis gali paaiškinti unikalias D sluoksnio geofizines ypatybes. Šios savybės apima labai mažo greičio regionus ir labai laidžius sluoksnius, kurie abu prisideda prie žinomų D sluoksnio kompozicinis nevienalytiškumas.

„Mūsų išvados rodo, kad geležies turtingas peroksidas, susidaręs iš senovės vandens magmos vandenyne, suvaidino lemiamą vaidmenį formuojant nevienalytes D sluoksnio struktūras“, – sakė Qingyang. Stiprus šio peroksido giminingumas geležies atžvilgiu sukuria ryškų tankio kontrastą tarp šių geležies turinčių dėmių ir juos supančios mantijos. Iš esmės jis veikia kaip izoliatorius, neleidžia jiems susimaišyti ir gali paaiškinti ilgalaikį heterogeniškumą, pastebėtą apatinės mantijos apačioje. „Šis modelis gerai atitinka naujausius skaitmeninio modeliavimo rezultatus, o tai rodo, kad mažesnis mantijos nevienalytiškumas gali būti ilgalaikė savybė“, – pridūrė Ji.

Nuoroda: „Žemės šerdies ir mantijos riba, susidariusi kristalizuojant vandens vandenyną iš antžeminės magmos“, Qingyang Hu, Ji Ding, Yucai Zhuang, Zhenzhong Yang ir Rong Huang, 2024 m. gegužės 13 d. Nacionalinė mokslo apžvalga.
doi: 10.1093/nsr/nwae169