Stanford University
Lava lake

追捕线索地球早期熔融天

学习的行为,在极端温度和压力如何液体硅酸盐已经在地球科学的长期挑战。

阿里sundermier,SLAC国家加速器实验室
时钟2020年5月18日

远在地球的表面之下,约1800英里深处,位于夹在固体硅酸盐地幔和熔融富含铁的核心之间的滚滚岩浆地区:核幔边界。这是一个残存的古时候,当整个地球被熔化的原始天约4.5十亿年前,岩浆的一望无际的大海。虽然该地区的极端温度和压力使其难以研究,它包含了世界的神秘起源故事的线索,因为我们知道这一点。

“我们仍在试图一块地球实际上是如何在一起开始形成,它从熔融的星球如何转变为一个有生命的物上的硅酸盐地幔和地壳走来走去,说:”阿里安娜格里森,在能源的部门科学家SLAC国家加速器实验室。 “学习的一种奇特的方式不同压力下的材料表现可以给我们一些提示。”

现在,科学家已经开发出一种方法来研究在核幔边界的极端条件下为液体硅酸盐。这可能会导致更好地了解地球早期的熔融天,这甚至可以扩展到其它岩石行星。这项研究是由科学家纪尧姆morard和亚历山德拉ravasio领导。团队,其中包括格里森,手机网赌app物理学家矿 温迪茂 从斯坦福直线加速器中心和手机网赌app的其他研究人员,发表了他们的研究结果在本周 科学的美国国家科学院院刊.

“有液体和眼镜的功能,特别是硅酸盐熔体,我们不明白,说:” morard,在法国格勒诺布尔和索邦大学大学的科学家。 “问题是,熔融材料是本质上更具挑战性研究。通过我们的实验中,我们能够在极高的温度和地球深部的压力探测的地球物理资料,以解决他们的液体结构和学习他们的言行举止。在未来,我们将能够使用这些类型的实验来重现地球的第一时刻,并了解其形状的过程。”

温度高于太阳

在SLAC的 直线加速器相干光源 (LCLS)x射线自由电子激光,研究人员首先发送的冲击波通过硅酸盐样品与仔细调谐的光的激光器。这使他们能够达到压力模仿那些在地球地幔,比以前用液体硅酸盐实现高10倍,和温度高达6000开尔文,稍热比太阳的表面上。

接下来,研究人员的精确时刻冲击波达到所需的压力和温度击中超快X-射线激光脉冲将样品从LCLS。一些X射线的散射,然后进入检测器和形成的衍射图案。就像每个人都有自己的一套指纹,材料的原子结构往往是独一无二的。衍射图案表明材料指纹,允许研究人员跟随样品的原子响应于压力和温度的冲击波期间增加如何重新排列。他们比较了它们的结果到那些先前的实验和分子模拟揭示的眼镜和液体硅酸盐在高压下共同进化的时间表。

“这是令人兴奋的是能够收集到所有这些不同的技术,并得到了类似的结果,说:”斯坦福线性加速器中心的科学家和共同作者HAE JA利。 “这让我们找到一个组合框架,有意义,向前走一步。它与其他研究相比是非常全面的。”

原子论连接到行星

在未来,LCLS-II的升级,以及升级在极端条件下(MEC)的仪器,其中进行这项研究,该事项将让科学家们重新在内部和外部核心的极端条件下,以了解如何铁的行为和 角色它在产生和塑造地球磁场.

跟进此研究中,研究计划执行在较高的X射线能量的实验来使液体硅酸盐的原子排列的更精确的测量。他们也希望能够达到更高的温度和压力,以深入了解这些过程中的行星比地球大如何展开,所谓的超级地球系外行星或者,和行星的大小和位置如何影响其组成。

“这项研究使我们能够原子论连接到行星,”格里森说。 “截至本月,4000多颗系外行星被发现,约55的定位在其恒星的可居住区,在那里它可能存在液态水。其中一些已经发展的地方,我们相信有可能会产生磁场,由恒星风和宇宙射线屏蔽该行星的金属核心点。有需要水到渠成生命形成和持续想这么多。使得重要的测量,以更好地了解这些行星的建设是在这个年龄段的发现至关重要“。

ravasio是在法国索邦大学和高等理工学院的科学家。斯坦福线性加速器中心的科学家和共同作者罗伯特·阿隆索森在这项研究中也起到了关键的作用。该团队包括来自亚利桑那州立大学的研究人员;挪威奥斯陆大学;自然历史,克莱蒙奥弗涅大学的国家博物馆,法国的替代能源和原子能委员会和法国的欧洲同步辐射装置;和亥姆霍兹德累斯顿rossendor在德国。合着者温迪茂是手机网赌app地质科学教授光子学和。

LCLS是科学用户设施的母鹿办公室。这项研究是由科学办公室的部分资助。

媒体联系人

图标图标列表中的网站上使用邮件LinkedIn双胡萝卜左左箭头双胡萝卜播放机Instagram的胡萝卜引用Facebook的推特减去搜索菜单箭头时钟