تم اكتشاف تغير الطور الكمي على نطاق عالمي في أعماق الأرض

قام فريق متنوع من الجيوفيزيائيين والجيوفيزيائيين بدمج التنبؤات النظرية والمحاكاة والتصوير المقطعي الزلزالي لاكتشاف التغيرات الحلزونية في وشاح الأرض.

باطن الأرض لغز ، خاصة في الأعماق الكبيرة (> 660 كم). يمتلك الباحثون فقط صورًا مقطعية زلزالية لهذه المنطقة ولتفسيرها ، من الضروري حساب السرعات الزلزالية (الصوتية) في المعادن عند الضغوط ودرجات الحرارة العالية. باستخدام هذه الحسابات ، يمكنهم إنشاء خرائط سرعة ثلاثية الأبعاد واكتشاف تمعدن ودرجة حرارة المناطق المرصودة. عندما يحدث تغير طور في معدن ، مثل تغير في التركيب البلوري تحت الضغط ، يلاحظ العلماء تغيرًا في السرعة ، وعادة ما تتوقف السرعة الزلزالية الحادة.

في عام 2003 ، لاحظ العلماء في أحد المختبرات تغيرًا طوريًا في نوع جديد من الخام – تغير حلزوني في الحديد في فيروبيريكولاز ، وهو ثاني أكبر مكون في قشرة الأرض. يمكن أن يحدث تحول الدوامة أو المقطع العرضي الدوامي في معادن مثل ferropericulase تحت المنبهات الخارجية مثل الضغط أو درجة الحرارة. على مدى السنوات القليلة التالية ، أكدت المجموعات التجريبية والنظرية هذا التحول في الطور في كل من ferrophilic و bridgemanite ، وهي أعلى مرحلة من الدرع السفلي. لكن لا أحد يعرف سبب حدوث ذلك أو مكان حدوثه.

في (أ) و (ب) تم العثور على الصفائح المحيطية الباردة المسببة للإدمان كسرعات سريعة. تنتج اللوحات والإزهار إشارة مقطعية متجانسة على نماذج الموجة S ، لكن الإشارة تختفي إلى حد ما في نماذج الموجة B. الائتمان: كولومبيا للهندسة

في عام 2006 ، نشرت أستاذة الهندسة بجامعة كولومبيا ، ريناتا وينتكوفيتش ، أول ورقة بحثية لها عن ferrophilicus ، والتي قدمت نظرية لتقاطع الدوران في هذا المعدن. اقترحت نظريتها أنه حدث على مدى ألف كيلومتر في الدروع. منذ ذلك الحين ، كان وينتكوفيتش أستاذًا في قسم الفيزياء التطبيقية والرياضيات التطبيقية وعلوم الأرض والبيئة ومختبر لامونت دوهرتي للأرض. جامعة كولومبيا، نشر 13 ورقة بحثية مع فريقه حول هذا الموضوع ، واستكشاف السرعات في كل سيناريو محتمل لتقاطع الدوران في Ferroperclase و Bridgemanite ، وتوقع خصائص هذه المعادن خلال هذا التقاطع. في عام 2014 ، ركز Wenskovich على البحث الميكانيكي الكمومي للأجسام في المراحل القصوى من بحثه ، وتوقع على وجه التحديد كيف يمكن للأجسام الكوكبية اكتشاف ظاهرة الدوامة في الصور المقطعية الزلزالية ، لكن علماء الزلازل لم يتمكنوا من رؤيتها بعد.

Columbia Engineering هو فريق عمل متعدد التخصصات ، The جامعة أوسلو، معهد طوكيو للتكنولوجيا ، وشركة إنتل ، تفاصيل ورقة Wenskovitch الأخيرة حول كيفية تحديدهم الآن لإشارة تقاطع السبين الحديدي ، وهي تحول طور كمي في عمق وشاح الأرض. تم تحقيق ذلك من خلال النظر إلى مناطق محددة في عباءة الأرض حيث من المتوقع أن تكون درجة الحموضة الحديدية عالية. نُشرت الدراسة في 8 أكتوبر 2021 اتصالات طبيعية.

قال فينتكوفيتش: “يؤكد هذا الاكتشاف المذهل تنبؤاتي السابقة ويشرح أهمية العمل مع الفيزيائيين والجيوفيزيائيين لمعرفة المزيد حول ما يجري في أعماق الأرض”.

يشيع استخدام التغيير اللولبي في المواد المستخدمة للتسجيل المغناطيسي. إذا قمت بتمديد أو تقليص بضع طبقات بسمك نانومتر من مادة مغناطيسية ، فيمكنك تغيير الخصائص المغناطيسية للطبقة وتحسين خصائص التسجيل الوسطى. تظهر دراسة فينتزكوفيتش الجديدة أن ظاهرة مماثلة تحدث على بعد آلاف الكيلومترات داخل اليابسة ، حيث تنتقل من مقياس النانو إلى المقياس الكلي.

“علاوة على ذلك ، تظهر عمليات المحاكاة الجيولوجية أن التقاطع الحلزوني يعزز الحمل الحراري في عباءة الأرض وحركة الصفائح التكتونية.

لا تزال العديد من المجالات غير مفهومة من قبل الباحثين في الوشاح وتغيير الدوامة مهم لفهم السرعة واستقرار الطور وما إلى ذلك. من البداية الحسابات على أساس نظرية الكثافة الوظيفية. تقوم بتطوير واستخدام تقنيات محاكاة المواد الدقيقة للتنبؤ بالسرعة الزلزالية وخصائص النقل ، خاصة في المناطق القريبة من الحديد أو المنصهر أو القريبة من الذوبان.

يقول فينتكوفيتش: “الأمر المثير بشكل خاص هو أن طرق محاكاة منتجاتنا قابلة للتطبيق بقوة على المواد ذات الصلة – المواد متعددة الفيرو ، والكهرباء الفيروكهربائية ، والمنتجات في درجات حرارة عالية بشكل عام”. “يمكننا تحسين تحليل الصور المقطعية ثلاثية الأبعاد للأرض ومعرفة المزيد حول كيفية تأثير الضغوط الضاغطة على باطن الأرض بشكل غير مباشر على حياتنا فوق سطح الأرض.”

ملاحظة: جريس إي. أكتوبر 2021، اتصالات طبيعية.
DOI: 10.1038 / s41467-021-26115-z