Dolar 12,4280
Euro 14,0266
Altın 717,01
BİST 1.776
Adana Adıyaman Afyon Ağrı Aksaray Amasya Ankara Antalya Ardahan Artvin Aydın Balıkesir Bartın Batman Bayburt Bilecik Bingöl Bitlis Bolu Burdur Bursa Çanakkale Çankırı Çorum Denizli Diyarbakır Düzce Edirne Elazığ Erzincan Erzurum Eskişehir Gaziantep Giresun Gümüşhane Hakkari Hatay Iğdır Isparta İstanbul İzmir K.Maraş Karabük Karaman Kars Kastamonu Kayseri Kırıkkale Kırklareli Kırşehir Kilis Kocaeli Konya Kütahya Malatya Manisa Mardin Mersin Muğla Muş Nevşehir Niğde Ordu Osmaniye Rize Sakarya Samsun Siirt Sinop Sivas Şanlıurfa Şırnak Tekirdağ Tokat Trabzon Tunceli Uşak Van Yalova Yozgat Zonguldak
İstanbul 21 °C
Kuvvetli Sağanak

Aşırı Jeofizik: Dünyanın Derinlerinde Küresel Ölçekte Kuantum Faz Geçişi Tespit Edildi

18.10.2021
80
Aşırı Jeofizik: Dünyanın Derinlerinde Küresel Ölçekte Kuantum Faz Geçişi Tespit Edildi

Tarafından

Dünyanın Alt Mantosundaki Ferroperiklazdaki Demir Dönme Çapraz Geçişinin Sismolojik İfadesi

Nature Communications makalesine eşlik edecek illüstrasyon, “Dünyanın alt mantosundaki ferroperiklazdaki demir spin çapraz geçişinin sismolojik ifadesi.” Kredi: Nicoletta Barolini/Columbia Engineering

Çok disiplinli malzeme fizikçileri ve jeofizikçiler ekibi, Dünya’nın mantosunda dönüş geçişini bulmak için teorik tahminleri, simülasyonları ve sismik tomografiyi birleştirir.

Dünya’nın içi, özellikle daha büyük derinliklerde (> 660 km) bir gizemdir. Araştırmacıların sadece bu bölgenin sismik tomografik görüntüleri var ve bunları yorumlamak için yüksek basınç ve sıcaklıklarda minerallerdeki sismik (akustik) hızları hesaplamaları gerekiyor. Bu hesaplamalarla 3 boyutlu hız haritaları oluşturabilir ve gözlemlenen bölgelerin mineralojisini ve sıcaklığını hesaplayabilirler. Bir mineralde basınç altında kristal yapı değişikliği gibi bir faz geçişi meydana geldiğinde, bilim adamları bir hız değişikliği, genellikle keskin bir sismik hız süreksizliği gözlemlerler.

2003 yılında bilim adamları, bir laboratuarda minerallerde yeni bir tür faz değişikliği gözlemlediler – Dünya’nın alt mantosunun en bol ikinci bileşeni olan ferroperiklazda demirde bir spin değişikliği. Basınç veya sıcaklık gibi harici bir uyaran altında ferroperiklaz gibi minerallerde bir dönüş değişikliği veya dönüş geçişi meydana gelebilir. Sonraki birkaç yıl içinde, deneysel ve teorik gruplar, alt mantonun en bol fazı olan hem ferroperiklaz hem de bridgmanitteki bu faz değişimini doğruladı. Ama kimse bunun neden ve nerede olduğundan tam olarak emin değildi.

Döndürme Çapraz İmza

Soğuk, dalan okyanus levhaları (a) ve (b)’de hızlı hız bölgeleri olarak görülüyor ve (c)’de sıcak yükselen manto kayası yavaş hız bölgeleri olarak görülüyor. Plakalar ve tüyler, S dalgası modellerinde tutarlı bir tomografik sinyal üretir, ancak P dalgası modellerinde sinyal kısmen kaybolur. Kredi: Columbia Mühendislik

2006 yılında, Columbia Mühendislik Profesörü Renata Wentzcovitch, ferroperiklaz üzerine ilk makalesini yayınladı ve bu mineraldeki spin çaprazlaması için bir teori sağladı. Teorisi, alt mantoda bin kilometre boyunca gerçekleştiğini öne sürdü. O zamandan beri, uygulamalı fizik ve uygulamalı matematik bölümünde, yer ve çevre bilimlerinde ve Lamont-Doherty Dünya Gözlemevi’nde profesör olan Wentzcovitch, Kolombiya Üniversitesi, grubuyla birlikte bu konuda 13 makale yayınladı, ferroperiklaz ve bridgmanitte spin çaprazlamanın olası her durumunda hızları araştırdı ve bu çaprazlama boyunca bu minerallerin özelliklerini tahmin etti. 2014 yılında, araştırmaları aşırı koşullarda malzemelerin, özellikle gezegensel malzemelerin hesaplamalı kuantum mekanik çalışmalarına odaklanan Wenzcovitch, sismik tomografik görüntülerde bu dönüş değişimi olgusunun nasıl tespit edilebileceğini öngördü, ancak sismologlar hala göremediler.

Columbia Engineering’den multidisipliner bir ekiple çalışan, Oslo Üniversitesi, Tokyo Teknoloji Enstitüsü ve Intel Co., Wenzcovitch’in en son makalesi, Dünya’nın alt mantosunun derinliklerinde bir kuantum faz geçişi olan ferroperiklaz dönüş geçiş sinyalini şimdi nasıl tanımladıklarını detaylandırıyor. Bu, Dünya’nın mantosunda ferroperiklazın bol olmasının beklendiği belirli bölgelere bakarak elde edildi. Çalışma 8 Ekim 2021’de yayınlandı. Doğa İletişimi.

Wentzcovitch, “Daha önceki tahminlerimi doğrulayan bu heyecan verici bulgu, Dünya’nın derinliklerinde neler olup bittiği hakkında daha fazla bilgi edinmek için birlikte çalışan malzeme fizikçileri ve jeofizikçilerin önemini gösteriyor” dedi.

Spin geçişi, manyetik kayıt için kullanılanlar gibi malzemelerde yaygın olarak kullanılır. Bir manyetik malzemenin yalnızca birkaç nanometre kalınlığındaki katmanlarını gerer veya sıkıştırırsanız, katmanın manyetik özelliklerini değiştirebilir ve orta kayıt özelliklerini iyileştirebilirsiniz. Wentzcovitch’in yeni çalışması, aynı fenomenin Dünya’nın iç kısmında binlerce kilometre boyunca gerçekleştiğini ve bunu nano ölçekten makro ölçeğe taşıdığını gösteriyor.

“Ayrıca, jeodinamik simülasyonlar, spin geçişinin Dünya’nın manto ve tektonik plaka hareketindeki konveksiyonu canlandırdığını göstermiştir. Dolayısıyla bu kuantum fenomeninin depremler ve volkanik patlamalar gibi tektonik olayların sıklığını da artırdığını düşünüyoruz” diyor Wentzcovitch.

Manto araştırmacılarının hala anlamadığı birçok bölge var ve hızları, faz kararlılıklarını, vb. anlamak için spin durumu değişimi kritik önem taşıyor. Wentzcovitch, sismik tomografik haritaları, aşağıdakiler tarafından tahmin edilen sismik hızları kullanarak yorumlamaya devam ediyor. başlangıçtan beri yoğunluk fonksiyonel teorisine dayalı hesaplamalar. Ayrıca, özellikle demir açısından zengin, erimiş veya erimeye yakın sıcaklıklarda sismik hızları ve taşıma özelliklerini tahmin etmek için daha doğru malzeme simülasyon teknikleri geliştirmekte ve uygulamaktadır.

Wentzcovitch, “Özellikle heyecan verici olan şey, malzeme simülasyon yöntemlerimizin güçlü bir şekilde ilişkili malzemelere (çoklu ferroik, ferroelektrikler ve genel olarak yüksek sıcaklıklardaki malzemeler) uygulanabilir olmasıdır” diyor. “Dünya’nın 3 boyutlu tomografik görüntülerine ilişkin analizlerimizi geliştirebileceğiz ve Dünya’nın iç kısmındaki ezici basınçların yukarıda, Dünya yüzeyindeki yaşamlarımızı dolaylı olarak nasıl etkilediği hakkında daha fazla şey öğrenebileceğiz.”

Referans: Grace E. Shephard, Christine Houser, John W. Hernlund, Juan J. Valencia-Cardona, Reidar G. Trønnes ve Renata M. Wentzcovitch, “Dünyanın alt mantosunda ferroperiklazda demir spin çapraz geçişinin sismolojik ifadesi”, 8 Ekim 2021, Doğa İletişimi.
DOI: 10.1038/s41467-021-26115-z

.

ZİYARETÇİ YORUMLARI - 0 YORUM

Henüz yorum yapılmamış.