Các mảng kiến tạo đang chìm bị mắc kẹt trong lớp phủ mới được phát hiện của Trái đất và có thể gây ra động đất trên bề mặt.
Lớp phủ dưới của Trái đất, bắt đầu ở độ sâu khoảng 700 km và tạo thành phần lớn lớp phủ, trước đây được cho là khá đồng nhất, chỉ thay đổi dần dần khi bạn tiến sâu hơn.
Tuy nhiên, nghiên cứu mới của chúng tôi chỉ ra một lớp trong lớp phủ được đặc trưng bởi độ nhớt tăng mạnh, một phát hiện có ý nghĩa mạnh mẽ đối với sự hiểu biết của chúng ta về những gì diễn ra sâu bên dưới chân chúng ta.
những ẩn số sâu sắc
Lớp phủ của Trái đất là lớp lớn nhất bên trong hành tinh của chúng ta. Với độ sâu xấp xỉ 50 km đến 3000 km, nó liên kết lõi ngoài lỏng nóng, có nhiệt độ trên 5000 K, với bề mặt Trái đất.
Người ta tin rằng sự chuyển động của các vật chất bên trong lớp phủ của Trái đất đã thúc đẩy sự chuyển động của các mảng kiến tạo trên bề mặt, cuối cùng dẫn đến động đất và núi lửa. Lớp phủ cũng là hồ chứa lớn nhất của Trái đất đối với nhiều nguyên tố được lưu trữ trong các khoáng chất của lớp phủ. Trong suốt lịch sử của Trái đất, một lượng vật chất đáng kể đã được trao đổi giữa lớp phủ sâu với bề mặt và bầu khí quyển, ảnh hưởng đến cả sự sống và khí hậu trên Trái đất.
Vì nhân loại không thể thăm dò trực tiếp lớp phủ dưới (hố sâu nhất do con người tạo ra chỉ sâu khoảng 12 km), nhiều chi tiết của quá trình tái chế vật chất toàn cầu vẫn chưa được hiểu rõ.
Tuy nhiên, chúng ta biết rằng cách thức chính mà các vật chất được chuyển từ bề mặt Trái đất và bầu khí quyển trở lại lớp phủ sâu xảy ra khi một mảng kiến tạo trượt dưới một mảng khác và bị đẩy xuống dưới một mảng khác vào trong lớp phủ.
hauke marquardt
Một cái bẫy cho các món ăn chìm
Cho đến nay, hầu hết các nhà nghiên cứu đều cho rằng các mảng chìm này hoặc dừng lại ở ranh giới trên-dưới của lớp phủ ở độ sâu khoảng 700 km hoặc chìm qua lớp phủ dưới đến ranh giới lõi-dưới của lớp phủ ở độ sâu 3000 km.
Nhưng nghiên cứu mới của chúng tôi, được công bố trên số mới nhất của tạp chí Nature Geoscience, cho thấy rằng trên thực tế, nhiều phiến đá chìm này có thể bị mắc kẹt trên đỉnh của một lớp đá không thấm nước chưa được khám phá trước đó trong lớp phủ dưới.
Chúng tôi thấy rằng áp suất khổng lồ trong lớp phủ dưới, từ 25 GPa (gigapascal) đến 135 GPa, có thể dẫn đến một số hành vi đáng kinh ngạc của vật chất. Để tưởng tượng áp suất này cao đến mức nào, việc giữ thăng bằng Tháp Eiffel trong tay bạn sẽ tạo ra áp suất ở mức 10 GPa. Những áp lực này dẫn đến sự hình thành một lớp cứng trong lớp phủ của Trái đất. Các mảng chìm có thể bị mắc kẹt trên lớp này, lớp này đạt độ cứng tối đa ở độ sâu dưới 1.500 km.
Chịu áp lực
Chúng tôi đã đi đến kết luận này sau khi tiến hành các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm với ferropericlase, một oxit của magie/sắt được cho là một trong những thành phần chính của lớp phủ dưới của Trái đất. Chúng tôi đã nén ferropericlase đến áp suất gần 100 GPa trong một ô đe kim cương, một thiết bị áp suất cao nén một mẫu nhỏ có kích thước bằng một sợi tóc người vào giữa hai đầu của hai viên kim cương nhỏ được cắt sáng chói.
Hình ảnh qua Hauke Marquardt, tác giả cung cấp
Trong khi chịu nén, ferropericlase được thử nghiệm bằng tia X năng lượng cao để tìm hiểu xem nó biến dạng như thế nào dưới những áp suất cao này. Chúng tôi thấy rằng khả năng chống biến dạng không thể đảo ngược của vật liệu tăng hơn ba lần dưới áp suất cao.
Những kết quả này được sử dụng để mô hình hóa sự thay đổi độ nhớt theo độ sâu của lớp phủ dưới của Trái đất. Mặc dù các ước tính trước đây chỉ cho thấy sự thay đổi dần dần của độ nhớt theo độ sâu, nhưng chúng tôi nhận thấy độ nhớt tăng đáng kể trong suốt 900 km phía trên của lớp phủ dưới.
Sự gia tăng mạnh mẽ độ nhớt như vậy có thể ngăn chặn quá trình đi xuống của các phiến đá và khi làm như vậy, ảnh hưởng mạnh mẽ đến chu trình vật chất của Trái đất sâu. Những phát hiện mới này được hỗ trợ bởi các quan sát hình ảnh 3D dựa trên phân tích tốc độ của sóng địa chấn truyền qua Trái đất cũng chỉ ra rằng các phiến đá ngừng chìm trước khi đạt đến độ sâu 1.500 km.
hiệu ứng bề mặt
Nếu đúng, sự tồn tại của lớp cứng này trong lớp phủ của Trái đất có ý nghĩa rộng lớn đối với sự hiểu biết của chúng ta về chu kỳ vật chất sâu của Trái đất. Nó có thể hạn chế sự pha trộn vật liệu giữa phần trên và phần dưới của lớp phủ dưới, nghĩa là các vùng của lớp phủ với các dấu hiệu địa hóa khác nhau trước đây vẫn bị cô lập trong các mảng riêng biệt thay vì trộn lẫn theo thời gian địa chất.
Ngoài ra, một lớp cứng ở giữa lớp phủ cũng có thể gây áp lực lên các phiến gần bề mặt Trái đất hơn, có khả năng đóng vai trò là tác nhân gây ra các trận động đất sâu.
Chúng ta thực sự chỉ mới bắt đầu hiểu biết sâu hơn về hoạt động bên trong hành tinh của chúng ta, nhiều trong số đó cuối cùng ảnh hưởng đến cuộc sống của chúng ta trên bề mặt của nó.
