Răcirea interioară a Pământului „mult mai rapid decât se aștepta”

Cercetătorii de la ETH Zurich au arătat în laborator cât de bine conduce căldura un metal comun de la granița dintre nucleul Pământului și manta. Acest lucru îi face să suspecteze că căldura Pământului se poate disipa mai devreme decât se credea anterior.

Evoluția planetei noastre este o poveste de răcoare: acum 4,5 miliarde de ani, temperaturile extreme predominau pe suprafața tânărului Pământ și era acoperită cu un ocean adânc de magmă. De-a lungul a milioane de ani, suprafața planetei s-a răcit pentru a forma o crustă fragilă. Cu toate acestea, enorma energie termică care emană din interiorul Pământului determină procese dinamice, cum ar fi convecția mantalei, tectonica plăcilor și vulcanismul.

Cu toate acestea, întrebările referitoare la cât de repede se va răci Pământul și cât de mult poate dura până când această răcire continuă pentru a opri procesele termice de mai sus rămân fără răspuns.

Un posibil răspuns ar putea consta în conductivitatea termică a mineralelor care formează granița dintre miezul Pământului și manta.

Acest strat limită este relevant deoarece este aici unde rocile lipicioase ale mantalei Pământului sunt în contact direct cu topirea fierbinte a fierului și a nichelului din miezul exterior al planetei. Gradientul de temperatură dintre cele două straturi este destul de abrupt, așa că este posibil să curgă multă căldură aici. Stratul limită este compus în principal din bridgemanit mineral. Cu toate acestea, cercetătorii au dificultăți în a estima cât de multă căldură trece acest mineral din nucleul Pământului către manta, deoarece verificarea experimentală este atât de dificilă.

Acum, profesorul ETH Motohiko Murakami și colegii de la Carnegie Institution for Science au dezvoltat un sistem de măsurare sofisticat care le permite să măsoare conductivitatea termică a bridgemanitei în laborator, în condițiile de presiune și temperatură predominante în interiorul Pământului. Pentru măsurători, au folosit un sistem de măsurare a absorbanței optice nou dezvoltat într-o unitate de diamant încălzită cu laser pulsat.

Un dispozitiv de măsurare pentru determinarea conductivității termice a bridgemanitei la presiune ridicată și temperatură maximă. Credit: De la Murakami M, et al, 2021

„Acest sistem de măsurare ne permite să arătăm că conductivitatea termică a bridgemanitei este de aproximativ 1,5 ori mai mare decât se presupunea”, spune Murakami. Acest lucru indică faptul că fluxul de căldură de la miez la manta este, de asemenea, mai mare decât se credea anterior. Fluxul de căldură mai mare, la rândul său, crește convecția în manta și accelerează răcirea Pământului. Acest lucru poate determina mișcarea tectonicii plăcilor, care este susținută de mișcări convective în manta, să încetinească mai repede decât se așteptau cercetătorii pe baza valorilor anterioare ale conductibilității termice.

Murakami și colegii au arătat, de asemenea, că răcirea rapidă a mantalei va modifica fazele minerale stabile la limita miez-manta. Când se răcește, bridgemanite se transformă în mineral post-perovskit. Dar odată ce post-perovskitul apare la limita miez-manta și începe să domine, răcirea mantalei se poate accelera de fapt, estimează cercetătorii, deoarece acest mineral conduce căldura mai eficient decât bridgemanitul.

„Rezultatele noastre ne pot oferi o nouă perspectivă asupra evoluției dinamicii Pământului. Ele sugerează că Pământul, ca și celelalte planete stâncoase Mercur și MarteSe răcește și devine inert mult mai repede decât era de așteptat”, explică Murakami.

Cu toate acestea, nu poate spune cât de mult ar dura, de exemplu, pentru ca curenții convectivi din manta să se oprească. „Încă nu știm suficient despre aceste tipuri de evenimente pentru a determina momentul lor”. Pentru a face acest lucru este nevoie mai întâi de o mai bună înțelegere a modului în care funcționează convecția în mantaua spațiului și timpului. Mai mult, oamenii de știință trebuie să clarifice modul în care dezintegrarea elementelor radioactive din interiorul Pământului – una dintre principalele surse de căldură – afectează dinamica mantalei.

Referință: „Conductivitatea termică radiativă a bridgemanite-ului monocristal la limita nucleu-manta cu implicații pentru evoluția termică a Pământului” de Motohiko Murakami, Alexander F. Goncharov, Nobuyoshi Miyajima, Daisuke Yamazaki și Nicholas Holtgrove, 8 decembrie 2021, Scrisori pentru Știința Pământului și Planetarei.
DOI: 10.1016 / j.epsl.2021.117329