Vijesti

 

SVE VIJESTI


SEKTORI

KATEGORIJE

Nova studija pokazuje da su Zemljine tektonske ploče slabije nego što se nekada mislilo

23.02.2021

Pošalji dokument na e-mail

E-mail pošiljaoca (*):
E-mail primaoca (*):
Komentar:

Olivin je najzastupljeniji mineral u gornjem plaštu Zemlje, koji čini glavninu tektonskih ploča na planeti. (Foto: Olivine xenoliths in baalt, John St. James / Flickr)

Novo istraživanje sa Univerziteta u Pensilvaniji daje naučnicima bolju ideju o snazi ​​olivina, sa implikacijama na to kako se tektonske ploče formiraju i kreću.

Niko ne može putovati unutar zemlje kako bi proučavao šta se tamo događa. Stoga se naučnici moraju potruditi da preslikaju stvarne uvjete u laboratoriju.

"Zanimaju nas geofizički procesi velikih razmjera, poput toga kako tektonika ploča započinje i kako se ploče kreću jedna ispod druge u zonama subdukcije", rekao je David Goldsby, izvanredni profesor na Univerzitetu u Pensilvaniji. "Da bismo to učinili, moramo razumjeti mehaničko ponašanje olivina, koji je najzastupljeniji mineral u gornjem plaštu zemlje."

Goldsby, udružujući se s Christopherom A. Thomom, doktorandom Penna, kao i istraživačima sa Univerziteta Stanford, Univerziteta Oxford i University of Delaware, sada je riješio dugogodišnje pitanje u ovom području istraživanja. Iako su prethodni laboratorijski eksperimenti rezultirali široko različitim procjenama snage olivina u litosferskom plaštu, relativno hladnom i samim tim snažnom dijelu najgornjeg plašta Zemlje, novo djelo objavljeno u časopisu Science Advances rješava prethodne razlike utvrđujući da je, što je manja veličina zrna olivina koji se ispituje, to je jači.

Budući da olivin u Zemljinom plaštu ima veću veličinu zrna od većine uzoraka olivina testiranih u laboratorijima, rezultati sugeriraju da je plašt, koji čini do 95 posto tektonskih ploča planete, u stvari slabiji nego što se nekada vjerovalo. Ova realističnija slika unutrašnjosti može pomoći istraživačima da shvate kako nastaju tektonske ploče, kako se deformišu opterećeni težinom, na primjer, vulkanskog ostrva poput Havaja, ili čak kako započinju i šire se zemljotresi.

Više od 40 godina istraživači su pokušali predvidjeti snagu olivina u zemaljskom litosferskom plaštu iz rezultata laboratorijskih eksperimenata. Ali testovi u laboratoriju uklanjaju mnoge slojeve iz unutrašnjih uvjeta, gdje su pritisci veći, a stope deformacije mnogo sporije nego u laboratoriju. Daljnja komplikacija je da je na relativno niskim temperaturama Zemljine litosfere snaga olivina toliko visoka da je teško izmjeriti njegovu plastičnu čvrstoću bez lomljenja uzorka. Rezultati postojećih eksperimenata široko su varirali i nisu u skladu s predviđanjima jačine olivina iz geofizičkih modela i opažanja.

U pokušaju da riješe ove razlike, istraživači su koristili tehniku ​​poznatu kao nanoindekcija, koja se koristi za mjerenje tvrdoće materijala. Jednostavno rečeno, istraživači mjere tvrdoću materijala koja je povezana s njegovom čvrstoćom primjenom poznatog opterećenja na vrh dijamantskog uvlakača u dodiru s mineralom, a zatim mjere koliko se mineral deformiše. Iako su prethodne studije koristile razne uređaje za deformiranje pod visokim pritiskom za držanje uzoraka i sprječavanje njihovog pucanja, postavljanja koja čine mjerenja snage izazovnim, nanoindekcija ne zahtijeva složeni aparat.

„S nanoindikacijom“, rekao je Goldsby, „uzorak u stvari postaje vlastiti sud pod pritiskom. Hidrostatički pritisak ispod vrha udubljenja zadržava uzorak ograničenim kada ga pritisnete na njegovu površinu, omogućavajući uzorku da se plastično deformira bez loma, čak i na sobnoj temperaturi. "

Izvodeći 800 eksperimenata nanoindentacije u kojima su mijenjali veličinu udubljenja mijenjanjem opterećenja na dijamantski vrh utisnut u uzorak, istraživački tim je utvrdio da je olivin, što je manja veličina uvlake, to tvrđi, a samim tim i jači.

"Ovaj efekt udubljenja viđen je u mnogim drugim materijalima, ali mislimo da je ovo prvi put da je prikazan u geološkom materijalu", rekao je Goldsby.

Osvrćući se na prethodno prikupljene podatke o čvrstoći olivina, istraživači su utvrdili da se razlike u tim podacima mogu objasniti pozivanjem na srodni efekt veličine, pri čemu snaga olivina raste sa smanjenjem veličine zrna testiranih uzoraka. Kada su ovi prethodni podaci o čvrstoći ucrtani u odnosu na veličinu zrna u svakoj studiji, svi se podaci uklapaju u glatki trend koji predviđa jače snage nego što se mislilo u zemljinom litosferskom plaštu.

U povezanom radu Thom-a, Goldsby-a i njegovih kolega, objavljenom nedavno u časopisu Geophysical Research Letters, istraživači su ispitivali obrasce hrapavosti u rasjedima koji su postali izloženi na površini zemlje uslijed podizanja i erozije.

"Različite greške imaju sličnu hrapavost, a nedavno je objavljena ideja koja kaže da biste mogli dobiti te uzorke, jer se čvrstoća materijala na površini rasjeda povećava sa smanjenjem razmjera hrapavosti", rekao je Thom. "Ti obrasci i ponašanje trenja koje oni uzrokuju mogli bi nam reći nešto o tome kako potresi nukleiraju i kako se šire."

U budućem radu, Pennovi istraživači i njihov tim željeli bi proučiti efekte snage i snage na druge minerale, a također se usredotočiti na utjecaj povećanja temperature na efekte veličine u olivinu.

Goldsby i Thom bili su koautori studije sa Kathryn M. Kumamoto sa Stanforda; David Wallis, Lars N. Hansen, David EJ Armstrong i Angus J. Wilkinson sa Univerziteta Oxford; i Jessica M. Warren iz Delawarea.

Rad su podržali Vijeće za istraživanje prirodnog okoliša (Grant NE / M000966 / 1) i Nacionalna zaklada za znanost (grantovi 1255620, 1464714 ​​i 1550112).

Publikacija: Kathryn M. Kumamoto i dr., „Učinci veličine rješavaju razlike u 40 godina rada na niskotemperaturnoj plastičnosti u olivinu“, Naučni napredak, 13. septembar 2017.: sv. 3, br. 9, e1701338; DOI: 10.1126 / sciadv.1701338

https://scitechdaily.com/new-study-shows-earths-tectonic-plates-are-weaker-than-once-thought/