_ Limitele de cereale slăbesc în interioarele planetare , cercetările sugerează

Convecția mantalei și tectonica plăcilor asociată a planetelor precum Pământul sunt guvernate de deformarea rocilor de manta. Această deformare are loc prin mișcarea defectelor din rețelele cristaline ale mineralelor. Astfel, proprietățile fizice ale acestor defecte structurale sub presiune au implicații profunde asupra dinamicii planetelor asemănătoare Pământului.

O echipă colaborativă de cercetători, condusă de dr. Sebastian Ritterex, fost post-doctorat al Universității Centrul de Cercetare Geodinamică, Universitatea Ehime și acum cercetător al Departamentului de Științe ale Pământului, Universitatea Utrecht, a aplicat simulări masive paralele de înaltă performanță pe computer bazate pe modelarea mecanică cuantică la scară atomică pentru a arunca o nouă lumină asupra comportamentului enigmatic al granițelor de cereale în condiții extreme. presiunile care predomină în interioarele planetare.

Această metodologie teoretică, numită „simulări ab initio”, le permite cercetătorilor să calculeze legăturile chimice foarte precis. Este un instrument puternic pentru determinarea proprietăților materialelor în condiții extreme în interiorul planetelor unde este dificil să se efectueze experimente.

Pe baza abordării teoretice de mai sus a fizicii minerale, echipa a examinat comportamentul mecanic și proprietățile termodinamice. a granițelor de înclinare în unghi înalt în (Mg,Fe)O feropericlază, al doilea mineral ca abundență în mantaua inferioară a Pământului și, posibil, în mantalele exoplanetelor supra-Pământului.

În acest studiu, în plus, la teoria funcțională a densității standard, metoda LDA+U consecventă intern a fost aplicată pentru a reproduce mai precis structura electronică a fierului.

Rezultatele comportamentului mecanic indică faptul că condițiile de presiune foarte ridicată de pe planetele terestre au un efect puternic asupra mecanismelor mișcării granițelor care guvernează deformarea intercristalină. Cercetările au demonstrat pentru prima dată că transformările structurale ale interfețelor de cereale, induse de presiunea cu adâncimea crescândă în mantele planetare, declanșează o schimbare a mecanismului și a direcției mișcării granițelor.

Echipa a demonstrat, de asemenea, că slăbirea mecanică semnificativă a granițelor se poate dezvolta sub presiuni multi-megabar. Acest lucru este contraintuitiv deoarece se crede de obicei că, odată cu creșterea presiunii, aranjamentele atomice din materiale devin mai strâns împachetate, făcându-le mai dure.

Acest fenomen de slăbire a graniței este cauzat de o schimbare a structurii stării de tranziție a limitele de cereale în timpul mișcării lor sub presiuni extrem de mari. Analizele datelor lor prezentate în Journal of Geophysical Research: Solid Earth publicate în aprilie 2024 identifică slăbirea granițelor în feropericlază ca fiind unul dintre mecanismele potențiale pentru reducerea vâscozității odată cu creșterea adâncimii în mantaua exoplanetelor super-Pământ.

Echipa a efectuat o modelare termodinamică suplimentară a comportamentului de împărțire a fierului între granițele în vrac și granulele. Ei au determinat că mărimea granulelor este un factor important în controlul segregării graniței de fier în feropericlaza policristalină din mantaua inferioară fierbinte și densă.

Este bine cunoscut faptul că încorporarea Fe(II) substituțională în MgO în vrac. are un efect semnificativ asupra proprietăților sale fizice, cum ar fi densitatea și vitezele undelor seismice, deoarece Fe(II) suferă o tranziție electronică de spin la presiune ridicată în interiorul Pământului. Nu au existat informații anterioare despre stările de spin ale Fe(II) în limitele granulelor.

Modelarea arată acum că starea de rotație electronică a Fe(II) în limitele granulelor de înclinare a feropericlazei este controlată de transformările structurale ale granițelor la presiune ridicată în mantaua inferioară a Pământului. Acest mecanism influențează condițiile de presiune ale încrucișării de spin a fierului în (Mg,Fe)O policristalin cu micrometru sau granule mai mici.

Descoperirile indică faptul că presiunea de încrucișare a spinării fierului în feropericlază poate crește cu câteva zeci de GPa din cauza tranzițiilor structurale ale granițelor induse de presiune în regiunile inferioare ale mantalei cu granulație fină active dinamic, în comparație cu regiunile mai stabile termodinamic din mantaua inferioară.

Deși echipa este mulțumită de aceste descoperiri, date mai sistematice de la Va fi necesară modelarea teoretică, precum și din experimente și observații la microscopie electronică pentru a obține o mai bună înțelegere a efectelor colective ale granițelor asupra proprietăților reologice și termodinamice ale feropericlazei policristaline la presiunile și temperaturile corespunzătoare în mantalele planetare.

(Fluierul)