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科学家利用激光技术分析地心热流

2013-08-22 08:53
野明月
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  ——地心附近的热是如何流动的一直都是理解地球进化的关键,近日研究人员表示它们的移动比预想的要缓慢的多。地球内部热量流动的方式可以帮助控制地球向内移动的方式,后者将进一步推动地球表面的重大事件——例如,大陆的漂移或者地心附近炙热熔岩巨大支柱的升起。然而,由于地心的深度,低地幔地区(660至2900千米)附近热流动的方式仍是未知数。地球是由固体核心组成,周围环绕着液体金属外核,上方是固体但流动的地幔组成,最外层被地球地壳覆盖。

  为了推断地球低层地幔的行为方式,研究人员寻找了在那种温度和压力环境下的岩石,但这并非易事。在这项研究里,研究人员利用了一种新型的技术在发现这种岩石的极端环境下首次测量了这些岩石里的热流动方式。

  “低层地幔位于地核上方,在那里压力大约是海平面压力的23万至130万倍,”美国华盛顿卡内基研究所的研究学者道格拉斯·达尔顿(Douglas Dalton)这样说道。“那里简直是地狱,温度大约是1500-3700摄氏度。”

俄罗斯Elektro-L No.1气象卫星扫描了可见光和红外光。

结合这些图片产生了这张美丽的地球视野图

  研究人员对地幔的主要成分氧化镁进行了实验,他们利用铁砧挤压了两块钻石之间的样本。“我们在室温环境下产生了相当于大气压的60万倍的高压,” 卡内基研究所的物理学家亚历山大·高查偌夫(Alexander Goncharov )这样说道。

  在过去,科学家只能够测试低压环境下矿物质的热传导,或者它们如何传递热量——在有限的范围内放置探测器以测试热传导性从而产生高压是非常困难的。为了克服这个障碍, 高查偌夫和他的同事利用激光扫描岩石样本的表面并测试它的反射性。研究人员还能利用这些数据推断样本的温度,从而避免了将样本材料放进紧密空间内的需要。

  “我们的研究小组利用的激光技术非常独特,” 高查偌夫说道。“当我们成功的在压力条件下进行了可靠的测量,那一刻真的非常激动人心。”

  他们的研究发现表明,热传导并没有预想的高度依赖于压力。因此,在低地幔地区热的流动应该比研究人员预测的更慢。在地核和地幔的边界,研究小组估计总共的热流大约是10.4太瓦,大约是现代文明利用的能量的60%。

  在未来,科学家将对地幔的其它矿物组成成分进行测试。“结果表明这项技术将极大的推动对地球深处高压和高温的研究,并提供地球是如何进化的以及矿物质在密集环境下的特性的更好理解。” 高查偌夫这样说道。 这项研究发表在8月9日的期刊《科学报告》上。

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