Lava

Tutkijat valmistivat oletettua mineraalia

Yhdysvaltalaistutkijat valmistivat olosuhteiltaan Maan sisäosia vastaavassa painekammiossa mineraalia, jota voi esiintyä laajasti maapallolla.

Yhdysvaltalaistutkijat valmistivat olosuhteiltaan Maan sisäosia vastaavassa painekammiossa mineraalia, jota voi esiintyä laajasti maapallolla.

Shutterstock

Maan sisäosien ominaisuuksia koskeviin oletuksiin kuuluu mineraali eli kivennäinen, jota on jo vuosikymmenien ajan uskottu esiintyvän yleisesti todisteiden puutteesta huolimatta. Nyt oletus on vahvemmalla pohjalla.

Yhdysvaltalaisten Arizonan ja Michiganin valtionyliopistojen tutkijat saivat kaksi mineraalia sulautumaan toisiinsa suuressa paineessa ja korkeassa lämpötilassa. Tuloksena oli epäorgaanista ainetta, jota voi syntyä Maan alemmassa vaipassa 350–2 900 kilometrin syvyydessä.

Uuden mineraalin ansiosta ymmärretään paremmin maapallon geologista kehitystä ja rakennetta. Tutkimus julkaistiin Nature-tiedelehdessä.

Maan sisusta jäljiteltiin

Oletuksen mukaan mineraalia muodostuu luonnollisesti alemmassa vaipassa, jonka osuus Maan tilavuudesta on noin 56 prosenttia. Muut maapallon pääosat ovat ulko- ja sisäydin, ylempi vaippa ja kuori, joka tarkoittaa päällimmäistä kovaa kivikerrosta.

Alempi vaippa koostuu enimmäkseen kolmesta mineraalista, joiden nimet ovat bridgmaniitti, davemaoiitti ja ferroperiklaasi. Tutkijoita on pitkään ihmetyttänyt se, etteivät bridgmaniitti ja davemaoiitti yhdy, vaikka niillä on hyvin samankaltainen kiderakenne.

Todistaakseen, että kyseiset mineraalit voivat sulautua toisiinsa, yhdysvaltalaistutkijat loivat erikoisvalmisteiseen painekammioon Maan alempaa vaippaa vastaavat olosuhteet.

Lämpötila nostettiin ensin alle sekunnissa 1 925 asteeseen. Sitten kuumentamista jatkettiin, kunnes saavutettiin alemman vaipan lämpötila, 2 800 astetta. Samanaikaisesti paine nousi 40 gigapascaliin, eli se oli 400 000 kertaa niin suuri kuin normaali illmanpaine.

Röntgenkuvaus paljasti, että bridgmaniitti ja davemaoiitti alkoivat sulautua oletetuksi mineraaliksi jo 2 000 asteen lämpötilassa. Bridgmaniitin ja davemaoiitin yhdistettä uskotaan syntyvän etenkin alemman vaipan alaosassa, jonka lämpötila on 4 000 astetta ja paine 136 gigapascalia.

Sisus viilenee hitaasti

Aikakauslehti Science Alertin mukaan tähän asti on arveltu, että davemaoiitin kalsium ja bridgmaniitin magnesium ehkäisevät yhteensulautumista, koska molekyylitason erot ovat liian suuria.

”Tutkimuksemme osoittaa, että ero ei ole voittamaton este kuumassa ympäristössä”, toteaa Michiganin valtionyliopiston jatko-opiskelija Byeongkwan Ko Science Alertille.

Tutkimusryhmä uskoo, että mineraalia, jonka olemassaolon se pystyi vihdoin todistamaan, syntyy nykyään vähemmän kuin ennen. Syynä on se, että noin 4,5 miljardia vuotta sitten muodostuneen planeetan sisäosat ovat jatkuvasti jäähtyneet.

Mineraalin syntymiselle sopivat olosuhteet saattoivat vallita maapallon keskellä. Maan ytimen lämpötila on arvioitu selvästi yli 5 000 asteeksi, eli se on suunnilleen yhtä kuuma kuin Auringon pinta.

Luonnonmullistusten luonne selkeytyy

Maan sisusta ei ole tietenkään päästy ja tuskin koskaan päästäänkään tutkimaan lähietäisyydeltä.

Syvimmällä porausreiällä on pituutta 12,26 kilometriä. Se on alle 0,2 prosenttia maanpinnan ja keskipisteen välisestä etäisyydestä, sillä Maan säde on melkein 6 400 kilometriä.

Maapallon rakennetta ja koostumusta voidaan selvittää seismisten aaltojen eli maanjäristysaaltojen avulla. Niiden kulkunopeus ja heijastumistapa paljastavat kerroksia ja rajapintoja.

Myös tulivuorenpurkaukset valottavat Maan sisäosien tapahtumia ja antavat tietoa magman eli kivisulan ominaisuuksista maanpinnalle tai merenpohjalle purkautuvien laavojen kautta. Kuvaa siitä, kuinka esimerkiksi ilmastonmuutos vaikuttaa tulivuorenpurkauksiin ja maanjäristyksiin, pyritään jatkuvasti tarkentamaan.

Maapallon tutkimus palvelee monia päämääriä. Tuloksia voidaan soveltaa paitsi muihin Aurinkokunnan kappaleisiin myös eksoplaneettoihin.