Silikat mineralleri, Dünya’nın mantosunun çoğunu oluşturur ve yoğunluklarının hesaplanmasına dayalı olarak, diğer kayalık gezegenlerin iç kısımlarının da önemli bir bileşeni olduğu düşünülmektedir. Yeryüzünde, yüksek basınç ve sıcaklık koşulları altında silikatlarda indüklenen yapısal değişiklikler, üst ve alt manto arasındaki gibi, Dünya’nın derin iç kısmındaki kilit sınırları tanımlar. Araştırma ekibi, uzak dünyalarda bulunanları taklit eden koşullar altında yeni silikat formlarının ortaya çıkışını ve davranışını araştırmakla ilgilendi. Kredi: İllüstrasyon Kalliopi Monoyios’un izniyle
Keşif, dünyanın dinamikleri hakkında nasıl düşündüğümüz konusunda devrim niteliğinde sonuçlar doğurabilir. ötegezegen iç mekanlar.
Gezegenimizin derinliklerinde yer alan fizik ve kimya, bildiğimiz şekliyle yaşamın varlığı için esastır. Fakat uzak dünyaların içlerinde hangi güçler iş başındadır ve bu koşullar yaşanabilirlik potansiyellerini nasıl etkiler?
Carnegie’nin Dünya ve Gezegenler Laboratuvarı tarafından yürütülen yeni çalışma, büyük, kayalık ötegezegenlerin iç kısımlarını anlamamız için önemli etkileri olan yeni bir kristal yapıyı ortaya çıkarmak için laboratuvar tabanlı taklitten yararlanıyor. Bulguları tarafından yayınlanmaktadır. Ulusal Bilimler Akademisi Bildiriler Kitabı.
Carnegie’nin baş yazarı Rajkrishna Dutta, “Gezegenimizin iç dinamikleri, yaşamın gelişebileceği bir yüzey ortamını sürdürmek, manyetik alanımızı yaratan jeodinamoyu sürmek ve atmosferimizin bileşimini şekillendirmek için çok önemlidir” dedi. “Süper Dünyalar gibi büyük, kayalık ötegezegenlerin derinliklerinde bulunan koşullar daha da aşırı olurdu.”
Silikat mineralleri, Dünya’nın mantosunun çoğunu oluşturur ve yoğunluklarının hesaplanmasına dayalı olarak, diğer kayalık gezegenlerin iç kısımlarının da önemli bir bileşeni olduğu düşünülmektedir. Yeryüzünde, yüksek basınç ve sıcaklık koşulları altında silikatlarda indüklenen yapısal değişiklikler, üst ve alt manto arasındaki gibi, Dünya’nın derin iç kısmındaki kilit sınırları tanımlar.
Mantonun en bol bulunan silikat minerallerinden birine benzeyen magnezyum almanat Mg2GeO4 ile çalışan ekip, süper Dünyaların ve diğer büyük, kayalık ötegezegenlerin potansiyel mineralojisi hakkında bilgi toplamayı başardı. Normal atmosfer basıncının yaklaşık 2 milyon katı altında, sekiz oksijenle bağlanmış bir germanyum içeren farklı bir kristal yapıya sahip yeni bir faz ortaya çıktı. Yeni sekiz koordineli, özünde uyumsuz mineralin bu gezegenlerin iç sıcaklığını ve dinamiklerini güçlü bir şekilde etkilemesi bekleniyor. Kredi: İllüstrasyon Rajkrishna Dutta’nın izniyle
Carnegie’den Sally June Tracy, Ron Cohen, Francesca Miozzi, Kai Luo ve Jing Yang’ın yanı sıra Nevada Las Vegas Üniversitesi’nden Pamela Burnley, Argonne Ulusal Laboratuvarı’ndan Dean Smith ve Yue Meng, Stella Chariton ve Vitali Prakapenka’nın Chicago Üniversitesive Thomas Duffy Princeton Üniversitesi– uzak dünyalarda bulunanları taklit eden koşullar altında yeni silikat formlarının ortaya çıkışını ve davranışını araştırmakla ilgilendi.
Duffy, “On yıllardır Carnegie araştırmacıları, küçük malzeme örneklerini muazzam basınçlar ve yüksek sıcaklıklar altına koyarak gezegenlerin iç koşullarını yeniden yaratmada lider oldular” dedi.
Ancak bilim adamlarının laboratuvardaki ötegezegenlerin iç koşullarını yeniden yaratma yetenekleri üzerinde sınırlamalar var. Teorik modelleme, Dünya’dan en az dört kat daha büyük olan kayalık ötegezegenlerin mantolarında bulunması beklenen basınçlar altında yeni silikat fazlarının ortaya çıktığını göstermiştir. Ancak bu geçiş henüz gözlenmedi.
Bununla birlikte, germanyum silikon için iyi bir yedektir. İki element benzer kristal yapılar oluşturur, ancak germanyum, laboratuvar deneylerinde oluşturulması daha kolay olan daha düşük sıcaklık ve basınçlarda kimyasal fazlar arasında geçişlere neden olur.
Magnezyum germanat ile çalışma, Mg2coğrafi konum4Mantonun en bol bulunan silikat minerallerinden birine benzeyen ekip, süper Dünyaların ve diğer büyük, kayalık ötegezegenlerin potansiyel mineralojisi hakkında bilgi toplamayı başardı.
Normal atmosfer basıncının yaklaşık 2 milyon katı altında, sekiz oksijenle bağlanmış bir germanyum içeren farklı bir kristal yapıya sahip yeni bir faz ortaya çıktı.
Cohen, “Benim için en ilginç şey, çok farklı iki element olan magnezyum ve germanyumun yapıda birbirinin yerini almasıdır” dedi.
Ortam koşulları altında, çoğu silikat ve almanat, tetrahedral bir yapı olarak adlandırılan, bir merkezi silikon veya diğer dört atomla bağlanmış germanyum içinde düzenlenir. Ancak, aşırı koşullarda bu değişebilir.
Tracy, “Aşırı basınçlar altında silikatların dört yerine altı bağ etrafında yönlendirilen bir yapıyı üstlenebileceği keşfi, bilim adamlarının derin Dünya dinamiklerini anlamaları açısından oyunun kurallarını tamamen değiştirmişti” dedi. “Sekizli bir yönelimin keşfi, dış gezegenlerin iç dinamikleri hakkında nasıl düşündüğümüz konusunda benzer şekilde devrimci sonuçlara sahip olabilir.”
Referans: “Mg’nin ultra yüksek basınçlı düzensiz sekiz koordineli fazı2coğrafi konum4: Analog for super-Earth mantles” yazan Rajkrishna Dutta, Sally June Tracy, RE Cohen, Francesca Miozzi, Kai Luo, Jing Yang, Pamela C. Burnley, Dean Smith, Yue Meng, Stella Chariton, Vitali B. Prakapenka ve Thomas S. Duffy, 14 Şubat 2022, Ulusal Bilimler Akademisi Bildiriler Kitabı.
DOI: 10.1073/pnas.2114424119
Bu araştırma ABD Ulusal Bilim Vakfı, ABD Enerji Bakanlığı, Gauss Süper Hesaplama Merkezi ve Carnegie Bilim Enstitüsü’nün bağışı tarafından desteklenmiştir.
Yazarlar, ABD NSF, Yer Bilimleri ve ABD Enerji Bakanlığı, Yerbilimleri tarafından desteklenen GeoSoilEnviroCARS’ın desteğini kabul ediyor. Bu çalışmanın bazı bölümleri HPCAT, Advanced Photo Source, Argonne National Laboratory’de gerçekleştirilmiştir. HPCAT operasyonları, DOE-Ulusal Nükleer Güvenlik İdaresi Deneysel Bilimler Ofisi tarafından desteklenmektedir. Bu araştırma, Argonne Ulusal Laboratuvarı tarafından işletilen aDOE Bilim Ofisi Kullanıcı Tesisi olan Gelişmiş Foton Kaynağının kaynaklarını kullandı.