Wissenschaftler haben herausgefunden, dass Eisenoxid unter den extremen Drücken und Temperaturen im tiefen Erdinneren leichter Strom leitet.
Wissenschaftler, die mit Eisenoxid arbeiten, haben herausgefunden, dass das Mineral unter den extremen Drücken und Temperaturen im tiefen Erdinneren leichter Strom leitet. Dieser Befund könnte unser Verständnis des Verhaltens des Erdmagnetfelds verändern, das unseren Planeten vor schädlichen kosmischen Strahlen schützt.
Eisenoxid (chemische Formel: FeO) ist ein häufiger Bestandteil des unteren Erdmantels. Im Mantel verbindet sich Eisenoxid mit Magnesium zu einer Verbindung namens Ferropericlase.
Pulverförmiges Eisenoxid. Bildnachweis: Wikimedia Commons.
Während Wissenschaftler nicht zum Erdmittelpunkt reisen können, um das dort vorhandene Eisenoxid zu untersuchen, können sie dank neuer Technologien die extremen Drücke und Temperaturen im Mantel eines Labors nachbilden.
Um das Verhalten von Eisenoxid im tiefen Erdinneren zu untersuchen, setzte ein Team von Wissenschaftlern aus Japan und den USA eine Probe des Minerals einem Druck von bis zum 1,4-Millionen-fachen des atmosphärischen Drucks und Temperaturen von bis zu 4000 Grad Fahrenheit (2478 Grad Kelvin) aus - Bedingungen auf Augenhöhe mit denen an der Kern-Mantel-Grenze.
Die meisten Mineralien unterliegen unter extremen Drücken und Temperaturen strukturellen, chemischen und elektronischen Veränderungen. Entgegen den Erwartungen der Wissenschaftler änderte sich die chemische Struktur von Eisenoxid unter den getesteten Versuchsbedingungen nicht, aber das Mineral zeigte eine verbesserte Fähigkeit, Elektrizität zu leiten - eine Eigenschaft, die die Wissenschaftler als Metallisierung bezeichnen.
Ronald Cohen ist leitender Wissenschaftler am Geophysikalischen Labor der Carnegie Institution for Science und Mitautor der Studie über Eisenoxid im tiefen Erdinneren. In einer Pressemitteilung erläuterte Cohen die Forschungsergebnisse des Teams weiter:
Bei hohen Temperaturen sind die Atome in Eisenoxidkristallen in der gleichen Struktur angeordnet wie das gewöhnliche Tafelsalz NaCl. Genau wie Tafelsalz ist FeO bei Umgebungsbedingungen ein guter Isolator - es leitet keinen Strom. Ältere Messungen zeigten eine Metallisierung in FeO bei hohen Drücken und Temperaturen, es wurde jedoch angenommen, dass sich eine neue Kristallstruktur bildete. Unsere neuen Ergebnisse zeigen stattdessen, dass FeO ohne Änderung der Struktur metallisiert und dass kombinierte Temperatur und Druck erforderlich sind. Darüber hinaus zeigt unsere Theorie, dass sich das Verhalten der Elektronen bei der Metallisierung von anderen Materialien unterscheidet, die metallisch werden.
Die Wissenschaftler sagen voraus, dass eine Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit von Eisenoxid an der Kern-Mantel-Grenze die Ausbreitung des Erdmagnetfelds auf der Oberfläche des Planeten beeinflussen könnte. Cohen kommentierte:
Die metallische Phase verstärkt die elektromagnetische Wechselwirkung zwischen dem Flüssigkeitskern und dem unteren Mantel. Dies hat Auswirkungen auf das Erdmagnetfeld, das im äußeren Kern erzeugt wird. Es wird die Art und Weise verändern, wie sich das Magnetfeld auf der Erdoberfläche ausbreitet, da es eine magnetomechanische Kopplung zwischen Erdmantel und Erdkern herstellt.
Erdinneres. Bildnachweis: USGS.
Russell Hemley, Direktor des Geophysical Laboratory an der Carnegie Institution for Science, stellte in der Pressemitteilung fest:
Die Tatsache, dass ein Mineral Eigenschaften aufweist, die sich je nach seiner Zusammensetzung und dem Standort auf der Erde so stark unterscheiden, ist eine wichtige Entdeckung.
Eine Vorschau der Studie über das Verhalten von Eisenoxid im tiefen Erdinneren wurde am 21. Dezember 2011 veröffentlicht. Die Studie wird in einer kommenden Ausgabe von vollständig veröffentlicht Physische Überprüfungsschreiben.
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