Оксид магния: от Земли к Суперземле

Мантия Земли и других скалистых планет, как правило, богата магнием и кислородом.

Благодаря его простоте этот минерал, оксид магния, является хорошей моделью для изучения природы планетарных интерьеров. Новая работа во главе со Стюартом Макуильямсом из института Карнеги исследовала, как оксид магния ведет себя в чрезвычайных условиях глубоко под поверхностями планет, и нашла доказательства, которые меняют наше понимание планетарной эволюции.

Результаты опубликованы в издании Science Express.

Оксид магния является особенно стойким к изменениям в условиях интенсивных давлений и температур. Теоретические прогнозы утверждают, что оксид магния может быть лишь в трех уникальных состояниях с различной структурой и свойствами: твердый в таких условиях, как на Земле, жидкий при высоких температурах и снова твердый, но с другой структурой при высоком давлении. Последнее состояние ни разу не наблюдалось, ни в естественной среде, ни в экспериментах.

Макуильямс с коллегами наблюдали оксид магния при диапазоне давлений, от в 3 млн раз превышающего нормальное атмосферное давление (0,3 терапаскаля) до 14 млн раз (1,4 терапаскаля) и при температурах, достигающих 90000 градусов по Фаренгейту (50000 по Кельвину) — то есть в условиях, которые наблюдаются в ядре Земли и более массивных суперземель. Наблюдения проявили существенные изменения молекулярных связей, поскольку оксид магния реагирует на эти различные условия, включая преобразование в новую твердую фазу с высоким давлением.

Фактически, в процессе плавления наблюдаются признаки того, что оксид магния изменяет свойства от электрически изолированного материала, такого как кварц, до металла, подобного железу.

По итогам этой и еще двух работ ученые заключили, что хотя оксид магния является твердым и непроводящим ток в земных условиях, океан магмы на ранней Земле, возможно, мог произвести магнитное поле. Аналогично, металлическая жидкая фаза оксида магния может наблюдаться сегодня на глубине мантии суперземельных планет, как и недавно обнаруженная новая твердая фаза.

«Наши результаты размывают границу между традиционными определениями материалов мантии и ядра и обеспечивают путь для понимания того, как молодые или горячие планеты способны генерировать и выдерживать магнитные поля», заключил Макуильямс.

23.11.2012