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Editoriali Sismologia

Nuove Comprensioni sorprendenti nella Conduzione di Calore nelle Profondità del Mantello Terrestre

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La conducibilità ha meno dipendenza dalle condizioni di pressione del previsto

1 11 agosto 2013 Mantello TerrestreLa chiave per comprendere l'evoluzione della Terra è quella di esaminare come il calore viene condotto nel mantello, una profonda bassa regione da circa 400 a 1.800 miglia (da 660 a 2900 km) sotto la superficie.

I ricercatori della Carnegie Institution, con i colleghi della University of Illinois, hanno per la prima volta simulato sperimentalmente le condizioni di pressione in questa regione per misurare la conducibilità termica, utilizzando una nuova tecnica di misura sviluppata dai collaboratori e realizzata dal team Carnegie con il materiale del mantello, l'ossido di magnesio (MgO).

Essi hanno scoperto che il trasferimento di calore è inferiore a altre previsioni, con il flusso di calore totale in tutta la Terra di circa 10,4 Terawatt, che è circa il 60% dell'energia utilizzata oggi dalla civiltà. Hanno anche scoperto che la conducibilità ha meno dipendenza dalle condizioni di pressione del previsto. La ricerca è stata pubblicata il 9 agosto 2013 in Scientific Reports.

l'autore principale dello studio, Douglas Dalton, spiega: "Il mantello inferiore si trova sulla cima del nucleo in cui le pressioni vanno da 230.000 a 1,3 milioni di volte la pressione a livello del mare. Le temperature sono come un inferno, da circa 2.800 ° F a 6.700 ° F. I principali costituenti sono gli ossidi di magnesio, silicio e calcio. Il trasferimento di calore avviene ad una velocità superiore nei materiali ad alta conduttività termica rispetto a tutti i materiali a bassa conducibilità termica, così che questi ossidi a bassa conducibilità termica stanno isolando ".

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Gli atomi dei principali materiali del mantello sono soluzioni solide e sono in una disposizione disordinata, e questo colpisce il modo di conduzione del calore. Fino ad ora, l'effetto in cui questa modalità di disturbo sul calore era condotta, poteva essere stimata solo con esperimenti a basse pressioni. La dipendenza della pressione dalla conducibilità termica non era mai stata affrontata in materiali disordinati.

"Abbiamo spremuto i campioni tra le due punte di diamante in una cella ad incudine e misurato la conducibilità termica dei campioni, usando una tecnica chiamata Time-domain Thermo Reflectance", sottolinea il co- Autore Alexander Goncharov. "Siamo andati fino a 600.000 volte la pressione atmosferica a temperatura ambiente. Questa tecnica permette di misurare le proprietà termiche del materiale dal cambiamento della riflettanza nella superficie del materiale, evitando così la necessità di contattare il materiale di interesse come richiesto dalle tecniche convenzionali. Abbiamo quindi confrontato i risultati con modelli teorici. "

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Gli scienziati hanno anche dimostrato che vi è una minore dipendenza della conducibilità termica su pressione di quanto era stato previsto. I calcoli hanno dimostrato che al confine nucleo-mantello vi è un flusso di calore totale stimato di 10,4 terawatt in tutta la Terra.

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"I risultati forniscono limiti importanti sul grado in cui il calore viene trasferito per convezione al contrario della conduzione nel mantello inferiore", ha detto Russell J. Hemley, direttore del Laboratorio di Geofisica della Carnegie. "Il prossimo passo sarà quello di esaminare gli effetti di diversi componenti minerali sulla conducibilità termica e per capire meglio la base su scala atomica di moto convettivo di questi materiali, nel più ampio contesto delle dinamiche del mantello."

"I risultati suggeriscono che questa tecnica potrebbe davvero fare avanzare altri studi sulla temperatura della profondità della terra e le pressioni sviluppate, fornendo una migliore comprensione di come la Terra si sta evolvendo e come i materiali si comportano in condizioni intense ", ha concluso Goncharov.

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