Microwavable Mantel: Physiker Nuke Mock Earth-Ebene, für die Wissenschaft

SAN FRANCISCO – Wissenschaftler haben eine Mikrowelle Kampfpanzerung und eine Flüssigkeit aus Lebensmittel- und Kosmetikindustrie Verdickungsmittel, Erdmantel, der geheimnisvolle Mittelschicht des Planeten neu zu erstellen.

Mock-up Mantel könnte helfen, Wissenschaftler, die bestimmen, ob ein versteckte Pool von radioaktiven Elementen Hitze tief im Erdinneren, Angela Limare produziert, Physiker am Institut de Physique du Globe de Paris in Frankreich, sagte am Dienstag (Dez. 15) hier auf der Jahrestagung der American Geophysical Union.

"Es sieht aus wie die obere Mantel von radioaktiven Elementen wirklich erschöpft ist," sagte Limare. "Wenn sie nicht im oberen Erdmantel sind, müssen sie irgendwo unten sein." [Fotos: Ozean unter der Erdoberfläche verborgen]

Geheimnis-Mantel

Der Erdmantel ist eine geschmolzene Masse von unbeantworteten Fragen. Die felsigen Hülle zwischen Kern und die Kruste macht vier Fünftel des Planeten aber ist den wenigsten verstandenen Teil. Weil es überall von 5 Meilen (8 Kilometer) auf 20 Meilen (32 Kilometer) unterhalb der Planetenoberfläche beginnt und erstreckt sich etwa 1.800 Meilen (2.900 km) unterhalb der Erdoberfläche, können nicht Wissenschaftler tief genug Bohren, um zu bestimmen, woraus es besteht, wie die Elemente im Erdmantel verteilt sind oder genau, wie es sich bewegt. Stattdessen verwenden Sie häufig einen Prozess namens seismische Tomographie seismische Wellen durch die Erde zu senden und analysieren Sie ihre Rückkehr Wege um seine Zusammensetzung ableiten. Vulkanologen können auch Elemente in Magma aus Vulkanen Muster, die sich vom Mantel Federn tief in sickert, was die Erde, Limare sagte.

Eine Frage muss vor allem lange verwirrt Wissenschaftler. Die Erde erzeugt etwa 46 Terawatt Wärme. Wissenschaftler haben errechnet, dass etwa 8 Terawatt aus der kontinentalen Kruste schweben auf dem Mantel stammen, während Wärmeerzeugung aus dem Kern, der das Erdmagnetfeld aufrechterhält, ein weiteres 10 bis 16 Terawatt beiträgt. Dies bedeutet, dass etwa die Hälfte der Erdwärme entsteht durch den radioaktiven Zerfall von Elementen im Erdmantel.

Das Problem ist, dass seismische Tomographie deutet darauf hin, dass mit Ausnahme der Ober- und Unterseite des Mantels, radioaktive Elemente gleichmäßig, in den Mantel bestreut sind, und die Konzentration der radioaktiven Elemente zu niedrig scheint, um die Restwärme zu generieren Limare sagte. Und an der Unterseite des Mantels, seismische Tomographie erkennt zwei große Regionen des langsam fließenden Material, das chemisch deutlich von dem Rest des Mantels werden muss. Unterdessen sagte Magma aus Vulkanen gespeist Mantel Federn, die in die tiefsten Tiefen des Mantels erreichen unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung zeigen, auch wenn die Vulkane durch nur eine Handvoll Meilen voneinander getrennt sind, sie. Insgesamt empfiehlt es sich, dass auf die innerste Schicht des Mantels, die sehr unterschiedlich in der Zusammensetzung vom Rest des Mantels ist Material geben könnte.

Infolgedessen haben einige Wissenschaftler vorgeschlagen, einen versteckten Reservoir von radioaktiven Elementen tief in den Mantel lauert und die fehlende Wärme erzeugt. Wenn diese versteckten Reservoir vorhanden ist, es muss sehr stabil sein und muss nicht mit dem Rest des Mantels immer am laufenden Band mischen werden, weil andernfalls seismische Tomographie, erkannt haben würde, sagte Limare.

Ohne die Möglichkeit, diesen Begriff experimentell zu testen haben jedoch Geophysiker Hash ihre Debatten in einer Flut von Gleichungen, numerische Theorien, Modelle und Simulationen überlassen. [Foto-Timeline: wie die Erde gebildet]

Nuke der Mantel

So nehmen Limare und ihre Kollegen beschlossen einen Hands-on Ansatz. Sie simuliert den Mantel mit einem Blatt Zellulose abgeleitet Natrosol, die 11,8 x 11,8 x 2 Zoll (30 x 30 x 5 cm) dick war. Auf den ersten Blick mag eine kleine, zähe Flüssigkeit sehr wenig gemein mit 1.800 Meilen von sandigen Felsen haben, die den Mantel bilden.

Aber indem Sie sorgfältig kalibrieren einige der Eigenschaften des Gels – wie seine Tiefe, Länge, Viskosität und Temperatur – die Forscher schaffen eine abgespeckte Modell mit Wärme und Fluidtransport Eigenschaften sehr ähnlich denen des Mantels. Limare Team verwendet die Natrosol, denn es sehr einfach ist, seine Viskosität durch Zugabe von mehr oder weniger Wasser, während das Material Dichter durch Beregnung in Salz or.less dicht gemacht werden kann durch Verdünnung mit Alkohol zu variieren. Das Material macht es auch einfach zu zwei angrenzende Schichten von den "Mantel" mit unterschiedlichen Eigenschaften zu schaffen, sagte sie.

Als nächstes ahmte die Wissenschaftler die extrem gleichmäßige interner Wärmeerzeugung von radioaktiven Elementen innerhalb des Mantels. Dafür sah sie zu einer allgegenwärtigen Haushaltsgerät – die Mikrowelle. Mikrowellen eintreten und werden durch die Nahrung aufgenommen und inneren Hitze im Prozess zu generieren.

"Das ist, wie wir Essen erwärmen; Es ist genau der gleiche Prozess", sagte Limare Leben Wissenschaft.

Natürlich – brauchen wir noch, es zu sagen? — nicht try this at home! Die Forscher Mikrowelle kann als eine kommerzielle Ofen angefangen haben, aber ausgeweidet und mit anspruchsvollen und Hightech-Modifikationen von Flüssigkristall-Thermometer Laser-Blätter, um ausgefallene Kameras, die in zwei verschiedenen Wellenlängenbereichen arbeiten ausgetrickst worden.

"Nur noch von den kommerziellen Sachen die externe Box und die Tür, weil die Tür ist sehr gut gemacht", sagte Limare.

Im Experiment sind die Grenzen zwischen der Erdschichten nicht gerade naturgetreu; der Mantel reibt an den geschmolzenen Kern und dem unteren Rand der kontinentalen Kruste, aber die Mischung musste in einem Plexiglas-Behälter gestellt werden, so dass es in einer Pfütze an der Unterseite des Gerätes liegen würde nicht Natrosol, sagte Limare.

Verengung in der versteckten Reservoir

Dennoch hat das Modell schon ein paar frühe Einblicke versorgt. Zum Beispiel wenn die Forscher einen Mantel mit einem dichten modelliert, floss dünnflüssiges "versteckten Reservoir" Flüsse der Wärme von der Spitze des Mantels nach unten. Wenn diese Flüsse von Wärme weit genug in den Mantel zu erreichen, würde sie einen versteckten Reservoir radioaktiver Elemente am unteren Rand des Mantels lauern destabilisieren. Also wenn ein versteckten Reservoir vorhanden ist, sagten es würde wahrscheinlich nicht Dichte, Dicke und andere Merkmale, die eine destabilisierte Regimes im Erdmantel Mock-up erstellen die Forscher.

Der microwavable Mantel wichtig ist, weil sie dazu beitragen können, dass Wissenschaftler, die die Bedingungen einzuschränken, die in einem versteckten Reservoir von radioaktiven Elementen existieren könnten, sagte Gaël Choblet, planetarische inneren Forscher am CNRS (Centre national De La recherche Scientifique) und der Universität Nantes in Frankreich, wer nicht in der aktuellen Studie beteiligt war.

Die neue Technik Roman ist weil es erstmals Wissenschaftler extrem gleichmäßige interne Heizung in einem viskosen Material hergestellt haben, die den Mantel nachahmen können, sagte Choblet Leben Wissenschaft.

Obwohl die neuen Ergebnisse auf eigene Faust unwahrscheinlich, dass das Geheimnis des verborgenen Reservoirs zu lösen sind, "Es ist immer sehr gut, Laborversuchen und numerischen Modellen zu vergleichen", sagte Choblet. "Der Vergleich ist in der Regel sehr fruchtbar."

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