Пошаљи документе на е-маил

Оливин је најзаступљенији минерал у горњем плашту Земље, који чини главнину тектонских плоча на планети. (Фото: Оливине xенолитхс ин баалт, Јохн Ст. Јамес / Флицкр)

Ново истраживање са Универзитета у Пенсилванији даје научницима бољу идеју о снази ​​оливина, са импликацијама на то како се тектонске плоче формирају и крећу.

Нико не може путовати унутар земље како би проучавао шта се тамо догађа. Стога се научници морају потрудити да пресликају стварне увјете у лабораторију.

"Занимају нас геофизички процеси великих размјера, попут тога како тектоника плоча започиње и како се плоче крећу једна испод друге у зонама субдукције", рекао је Давид Голдсбy, изванредни професор на Универзитету у Пенсилванији. "Да бисмо то учинили, морамо разумјети механичко понашање оливина, који је најзаступљенији минерал у горњем плашту земље."

Голдсбy, удружујући се с Цхристопхером А. Тхомом, докторандом Пенна, као и истраживачима са Универзитета Станфорд, Универзитета Оxфорд и Университy оф Делаwаре, сада је ријешио дугогодишње питање у овом подручју истраживања. Иако су претходни лабораторијски експерименти резултирали широко различитим процјенама снаге оливина у литосферском плашту, релативно хладном и самим тим снажном дијелу најгорњег плашта Земље, ново дјело објављено у часопису Сциенце Адванцес рјешава претходне разлике утврђујући да је, што је мања величина зрна оливина који се испитује, то је јачи.

Будући да оливин у Земљином плашту има већу величину зрна од већине узорака оливина тестираних у лабораторијима, резултати сугерирају да је плашт, који чини до 95 посто тектонских плоча планете, у ствари слабији него што се некада вјеровало. Ова реалистичнија слика унутрашњости може помоћи истраживачима да схвате како настају тектонске плоче, како се деформишу оптерећени тежином, на примјер, вулканског острва попут Хаваја, или чак како започињу и шире се земљотреси.

Више од 40 година истраживачи су покушали предвидјети снагу оливина у земаљском литосферском плашту из резултата лабораторијских експеримената. Али тестови у лабораторију уклањају многе слојеве из унутрашњих увјета, гдје су притисци већи, а стопе деформације много спорије него у лабораторију. Даљња компликација је да је на релативно ниским температурама Земљине литосфере снага оливина толико висока да је тешко измјерити његову пластичну чврстоћу без ломљења узорка. Резултати постојећих експеримената широко су варирали и нису у складу с предвиђањима јачине оливина из геофизичких модела и опажања.

У покушају да ријеше ове разлике, истраживачи су користили технику ​​познату као наноиндекција, која се користи за мјерење тврдоће материјала. Једноставно речено, истраживачи мјере тврдоћу материјала која је повезана с његовом чврстоћом примјеном познатог оптерећења на врх дијамантског увлакача у додиру с минералом, а затим мјере колико се минерал деформише. Иако су претходне студије користиле разне уређаје за деформирање под високим притиском за држање узорака и спрјечавање њиховог пуцања, постављања која чине мјерења снаге изазовним, наноиндекција не захтијева сложени апарат.

„С наноиндикацијом“, рекао је Голдсбy, „узорак у ствари постаје властити суд под притиском. Хидростатички притисак испод врха удубљења задржава узорак ограниченим када га притиснете на његову површину, омогућавајући узорку да се пластично деформира без лома, чак и на собној температури. "

Изводећи 800 експеримената наноиндентације у којима су мијењали величину удубљења мијењањем оптерећења на дијамантски врх утиснут у узорак, истраживачки тим је утврдио да је оливин, што је мања величина увлаке, то тврђи, а самим тим и јачи.

"Овај ефект удубљења виђен је у многим другим материјалима, али мислимо да је ово први пут да је приказан у геолошком материјалу", рекао је Голдсбy.

Осврћући се на претходно прикупљене податке о чврстоћи оливина, истраживачи су утврдили да се разлике у тим подацима могу објаснити позивањем на сродни ефект величине, при чему снага оливина расте са смањењем величине зрна тестираних узорака. Када су ови претходни подаци о чврстоћи уцртани у односу на величину зрна у свакој студији, сви се подаци уклапају у глатки тренд који предвиђа јаче снаге него што се мислило у земљином литосферском плашту.

У повезаном раду Тхом-а, Голдсбy-а и његових колега, објављеном недавно у часопису Geophysical Research Letters, истраживачи су испитивали обрасце храпавости у расједима који су постали изложени на површини земље услијед подизања и ерозије.

"Различите грешке имају сличну храпавост, а недавно је објављена идеја која каже да бисте могли добити те узорке, јер се чврстоћа материјала на површини расједа повећава са смањењем размјера храпавости", рекао је Тхом. "Ти обрасци и понашање трења које они узрокују могли би нам рећи нешто о томе како потреси нуклеирају и како се шире."

У будућем раду, Пеннови истраживачи и њихов тим жељели би проучити ефекте снаге и снаге на друге минерале, а такођер се усредоточити на утјецај повећања температуре на ефекте величине у оливину.

Голдсбy и Тхом били су коаутори студије са Катхрyн М. Кумамото са Станфорда; Давид Wаллис, Ларс Н. Хансен, Давид ЕЈ Армстронг и Ангус Ј. Wилкинсон са Универзитета Оxфорд; и Јессица М. Wаррен из Делаwареа.

Рад су подржали Вијеће за истраживање природног околиша (Грант НЕ / М000966 / 1) и Национална заклада за знаност (грантови 1255620, 1464714 ​​и 1550112).

Публикација: Катхрyн М. Кумамото и др., „Учинци величине рјешавају разлике у 40 година рада на нискотемпературној пластичности у оливину“, Научни напредак, 13. септембар 2017.: св. 3, бр. 9, е1701338; ДОИ: 10.1126 / сциадв.1701338

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