美国能源部SLAC国家加速器实验室的研究人员揭示了地球核心-地幔边界和系外行星中发现的类似区域的新细节。
由法国格勒诺布尔大学和索邦大学的科学家Guillaume Morard领导的研究小组使用SLAC的直线加速器相干光源(LCLS) x射线激光来研究极端条件下熔融岩石的行为。研究结果发表在《自然通讯》杂志上。
“这项研究标志着我们对地球深层内部的理解取得了重大进展，”合作者、SLAC高级科学家Arianna Gleason说。“这些发现强调了先进的x射线技术在揭示地球和其他地方隐藏的秘密方面的潜力。”
在地表以下约1800英里处，有一个岩浆翻滚的区域，夹在固态硅酸盐地幔和富含铁的熔融地核之间:地核-地幔边界。这是远古时代的遗迹，大约43到45亿年前，当时整个地球都是熔融的。尽管该地区的极端压力和温度使其研究具有挑战性，但它包含了有关地球起源故事的线索，并深入了解了地球的内部过程。
为了克服这一挑战，研究人员使用了先进的x射线技术，重新创造了大小为地球两到三倍的系外行星中下地幔的预期条件。通过使用比以前可能的更高能级的硬x射线，研究人员可以看到熔融岩石中的原子是如何排列的。该团队还使用计算机模拟与实验数据进行比较，提供了熔融硅酸盐性质的全面视图。
一个令人惊讶的结果是关于铁在熔融岩石中的作用。与预期不同，改变铁含量并没有显著改变岩石的密度。这一发现与我们对地球形成的理解特别相关，地球表面曾经是熔融岩石，晶体和熔融物质之间的密度差异极大地影响了地球的发展。
这项研究还表明，这种原子对压缩的反应可以改变熔体的性质，这种压力预计会在超级地球的岩浆海洋中发现，超级地球是质量几乎是地球的三倍的系外行星。这可能会对它们的早期发展产生不同于较小的岩石行星的影响，比如我们太阳系中的地球和金星
该研究强调了研究高压和高温条件的先进实验工具的重要性。该团队希望他们的发现将导致这些工具的进一步发展，为地球和行星科学开辟新的研究途径。
格里森说:“现在我们知道我们可以获得这种质量的数据并达到这些条件，我们想进一步研究系外行星。”“能够产生相当于地球地幔条件三倍的压力是令人兴奋的。它扩展了我们对极端条件下硅酸盐性质的理解，这对地球和系外行星的研究都至关重要。”
