Российские учёные изменили представление о строении земной мантии

18.05.2013 07:28
Σ Ястребова Светлана Расплавленный внутренний слой Земли, именуемый мантией, безусловно, влияет на облик нашей планеты: тектонические плиты, из которых сложены материки и океанское дно, "плавают" по верхнему слою мантии, провоцируя то землетрясения, то извержения вулканов. Считалось, что в этом движении участвует только верхний слой мантии, ближайший к коре, тогда как нижний практически не влияет на сейсмические процессы. Однако теперь появился повод пересмотреть эти взгляды. Группа учёных из России и США нашла условия, при которых один из основных минералов нижнего слоя мантии, ферропериклаз, меняет важные характеристики: магнитные свойства, электро- и теплопроводность. Полученные результаты, опубликованные в недавнем номере Proceedings of National Academy of Sciences, бросают вызов известным теориям строения Земли и позволяют глубже заглянуть в процессы, происходящие внутри нашей планеты. Ферропериклаз - второй по распространённости в нижнем слое мантии минерал, состоящий из атомов кислорода, магния и железа. Поэтому не удивительно, что свойства ферропериклаза играют не последнюю роль в определении облика нашей планеты. Ионы железа, одного из компонентов минерала, имеют чётное число электронов. Модель строения атома говорит нам, что все его электроны располагаются в "ячейках", каждая из которых может содержать в себе не более двух названных элементарных частиц. Если число ячеек превышает число пар электронов, появляются такие частицы, которые не имеют партнёра, при этом электроны находятся в максимально возможном числе ячеек. Как раз такое неспаренное расположение некоторых электронов характерно для атомов железа в их основном состоянии. Каждый электрон имеет такую характеристику, как спин. К сожалению, это понятие, как и многие другие из мира квантовой физики, не может быть точно передано языком механики, однако, очень упрощая, можно считать, что спин - это момент вращения электрона, выражаемый либо числом -1/2, либо +1/2. Одно из правил распределения электронов в атоме гласит, что неспаренные частицы должны иметь максимальный спин, то есть чем больше будет электронов "+1/2", тем лучше: в таком случае атом в целом будет иметь наибольший спин и наименьшую энергию. Частицы в одной и той же ячейке не могут иметь одинаковый спин. Железо в обсуждаемом минерале находится в состоянии, которое чаще всего можно наблюдать при температурах, близких к комнатной, а также давлениях, близких к атмосферному, и имеет 4 неспаренных электрона. Обычно именно в таких условиях и изучали свойства ферропериклаза. Учёные из Института кристаллографии РАН, Троицкого подразделения Института ядерных исследований РАН, Института физики имени Л.В. Киренского СО РАН и американских организаций во главе с заведующим отделом Института кристаллографии РАН доктором физико-математических наук, профессором Игорем Любутиным учли, что давление и температура на поверхности Земли заметно отличаются от тех, что в мантии. Для исследования свойств минерала они использовали алмазную ячейку высокого давления - прибор, в который между двух алмазных наковален помещается изучаемый образец. Здесь и далее иллюстрации из курса "Петрология мантии" (преподаватель Олег Геннадьевич Сафонов, доктор геолого-минералогических наук, ИЭМ РАН), предоставлены Ильёй Фоминым Наука и технологии России 2013.05.17 10:37