Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Một nhóm các nhà khoa học quốc tế đã hoàn thành một phân tích phức tạp về một ” thiên thạch bị sốc ” và có được cái nhìn sâu sắc mới về lớp phủ dưới của Trái đất.
Sâu bên dưới bề mặt Trái đất là một lớp đá dày gọi là lớp phủ chiếm phần lớn thể tích của hành tinh chúng ta. Trong khi lớp phủ của Trái đất quá sâu để con người có thể quan sát trực tiếp thì một số thiên thạch nhất định có thể cung cấp manh mối cho lớp không thể tiếp cận này.
Trong một nghiên cứu được công bố gần đây trên Science Advances, một nhóm các nhà khoa học quốc tế bao gồm Sang-Heon Dan Shim và Thomas Sharp của Đại học bang Arizona (ASU) đã hoàn thành một phân tích phức tạp về một “thiên thạch bị sốc” (một thiên thạch có cao áp suất và điều kiện nhiệt độ cao thông qua các sự kiện va chạm) và có được cái nhìn sâu sắc mới về lớp phủ dưới của Trái đất.
Tô Châu: một thiên thạch bị sốc
Các thiên thạch bị sốc đã cung cấp nhiều ví dụ về khoáng vật lớp phủ sâu kể từ năm 1969 khi khoáng vật cao áp Ringwoodite được phát hiện.
Trong nghiên cứu này, tác giả chính Luca Bindi thuộc Đại học Florence (Ý), Shim và Sharp của Trường khám phá Trái đất và Không gian của ASU cùng Xiande Xie của Viện Hóa học Quảng Châu (Trung Quốc) đã tập trung nỗ lực của họ vào một mẫu gây sốc thiên thạch gọi là Tô Châu.
Shim, người chuyên nghiên cứu sử dụng các thí nghiệm áp suất cao để nghiên cứu lớp phủ của Trái đất giải thích: “Tô Châu là một thiên thạch lý tưởng. Nó đã cung cấp cho nhóm chúng tôi các mẫu khoáng chất áp suất cao tự nhiên như những loại được cho là tạo nên lớp phủ sâu của Trái đất.”
Tô Châu rơi vào năm 1986 tại tỉnh Hồ Bắc, Trung Quốc. Ngay sau khi thiên thạch rơi xuống, một nhóm các nhà khoa học đã có thể tìm và thu thập các mẫu. Đó là một mùa thu quan sát được vì vậy nó không chịu bất kỳ sự phong hóa hóa học nào trên Trái đất và do đó không có sự thay đổi của sắt.
Bridgmanite: Vật liệu chủ đạo ở lớp phủ dưới
Mẫu thiên thạch Tô Châu mà các nhà nghiên cứu sử dụng cho nghiên cứu này có chứa một loại silicat cụ thể gọi là “Bridgmanite”. Silicate này được coi là vật liệu chủ đạo trong lớp phủ dưới của Trái đất và chiếm khoảng 38% thể tích của hành tinh chúng ta. Nó được phát hiện lần đầu tiên trong vụ thiên thạch gây sốc Tenham năm 2014.
Mặc dù trước đây người ta nghĩ rằng kim loại sắt chủ yếu tồn tại trong lõi Trái đất, khoảng 15 năm trước, các nhà khoa học đã phát hiện ra trong phòng thí nghiệm rằng sắt trong Bridgmanite có thể tự oxy hóa từ đó nó có thể tạo ra sắt kim loại.
Quá trình này là một phản ứng hóa học gọi là “không cân xứng điện tích”, là nơi các nguyên tử phân phối lại các electron và tạo ra hai hoặc ba dạng cation với các trạng thái oxy hóa khác nhau (trong trường hợp này, một số ion Fe (II) trong Bridgmanite chuyển thành Fe (III) ) và Fe (0), sau này tạo thành sắt kim loại).
Câu hỏi vẫn còn, tuy nhiên, nếu quá trình này thực sự có thể xảy ra trong tự nhiên.
Sử dụng hình ảnh và quang phổ kính hiển vi điện tử độ phân giải cao, các nhà nghiên cứu đã có thể tiến hành một bộ các phân tích phức tạp về mẫu thiên thạch Su Huệ ở quy mô nanomet.
Thông qua các phân tích này, nhóm nghiên cứu đã phát hiện ra các hạt nano sắt kim loại cùng tồn tại với Bridgmanite trong mẫu thiên thạch bị sốc, đại diện cho bằng chứng trực tiếp đầu tiên về bản chất của phản ứng mất cân bằng sắt cho đến nay chỉ được quan sát thấy trong các thí nghiệm áp suất cao.
Phát hiện này chứng minh rằng sự mất cân đối điện tích có thể xảy ra trong môi trường áp suất cao tự nhiên và do đó ở sâu bên trong Trái đất.
Tuy nhiên, ý nghĩa của nghiên cứu này vượt xa phát hiện này và cuối cùng có thể giúp chúng ta hiểu câu hỏi lớn hơn về việc Trái đất bị oxy hóa như thế nào.
Mặc dù chúng ta biết rằng lớp phủ trên của Trái đất bị oxy hóa nhiều hơn các hành tinh khác và rằng điều kiện oxy hóa nhiều hơn của lớp phủ trên có thể liên quan đến sự gia tăng đột ngột của oxy trong khí quyển 2,5 tỷ năm trước nhưng chúng ta vẫn chưa biết lớp phủ trên Trái đất trở nên oxy hóa hơn.
Có thể là khi các vật liệu của lớp phủ dưới được vận chuyển đến lớp phủ trên bằng đối lưu sẽ có sự mất đi của sắt kim loại và sắt bị oxy hóa trong Bridgmanite sẽ gây ra nhiều điều kiện oxy hóa hơn ở lớp phủ trên.
Phát hiện của các nhà khoa học cung cấp một lời giải thích khả dĩ cho các điều kiện oxy hóa nhiều hơn của lớp phủ trên của Trái đất và ủng hộ ý tưởng rằng các quá trình bên trong sâu có thể đã góp phần vào sự kiện oxy hóa lớn trên bề mặt.
Nguồn truyện:
Tài liệu được cung cấp bởi Đại học bang Arizona . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.
Tạp chí tham khảo :