10 декабря 2008 г.

Полупрозрачная Земля

А вот еще одна интересная статья по геофизике, на этот раз из последнего выпуска Science: Optical Absorption and Radiative Thermal Conductivity of Silicate Perovskite to 125 Gigapascals. Если вкратце, то авторы приходят к выводу, что в нижней мантии, вплоть до границы с ядром, доминирует лучистая теплопередача. То бишь, тепло сквозь мантию передается в основном через свет, в инфракрасном и оптическом диапазонах. (Откуда, спросите, такой "подземный свет"? Так ведь температуры там тысячи градусов, вот все и светится.)

Как пришли к этому выводу? Вообще, нижняя мантия считается состоящей в основном из минерала алюмосиликатного (Mg,Fe)-перовскита (или как там его правильно называть). При обычных условиях это полупрозрачный минерал -- не такой прозрачный, как например стекло, но все равно, отдельные крупинки вполне прозрачны. Однако долгое время считалось, что при высоких давлениях, таких как в нижней мантии, он становится сильно поглощающим, т.е. непрозрачным.

Какое-то время назад возникло подозрение, что его полупрозрачность может держаться довольно долго с ростом давления. И вот сейчас провели прямые эксперименты вплоть до давления 125ГПа (т.е. 1,25 млн. атмосфер, что соответствует нижней границе нижней мантии) и сняли спектры поглощения в ИК и оптической области. Оказалось, что коэффициент поглощения растет с давление, но не шибко сильно. Типичная длина пробега фотонов даже при столь высоких давлениях составляет 100-200 микрон. Ну, это примерно как слюда. Да и визуальное наблюдение крупинки этого минерала толщиной 30 микрон прямо внутри алмазной наковальни при давлении в 1,25 млн. атмосфер показало, что она вполне себе окрашенно-прозрачная.

На основе этих спектров поглощения был вычислен коэффициент лучистой теплопередачи, и он оказался вполне нехилым, вплоть до 10 Вт/м/К. Утверждается, что это больше, чем простая теплопроводность. Т.е. выходит, что тепло передается через мантию в основном светом, который как бы просачивается через "полупрозрачное" вещество мантии ("полупрозрачное", конечно, это сказано очень условно).

Тут есть правда одно "но". Спектры в опыте были получены при выских давлениях, но комнатных температурах, а в Земле температуры высокие. Но поскольку воспроизвести их в лаборатории трудно, авторы на основании каких-то теоретических аргументов говорят, что спектры не должны измениться сильно.

12 комментариев:

  1. Интересная новость. Чего же Элементы ею обделили?

    ОтветитьУдалить
  2. Так ведь новость писать долго, а в блог -- быстро. Хотите -- напишите сами, я Вам оригинал статьи пришлю :)

    ОтветитьУдалить
  3. Слава10/12/08 20:59

    А как же примеси. Если есть примеси других элементов, а они должны быть, то прозрачность может сильно уменьшится. Да и собственно сам состав ядра и мантии никто не же знает, предполагают только, фантазируют, по большому счету.

    Я по образованию геолог. Идей и гипотез у нас так много, что и представить сложно.
    За последние 50 лет народ чего только не предполагал.

    Нормальные, для нашей области, творческие фантазии.

    ОтветитьУдалить
  4. Авторы говорят, что в условиях нижней мантии этот минерал образует попупрозрачные гранулы достаточной чистоты и достаточно большого размера (сотни микрон и больше), внутри которых свет и идет.

    Я сам в этой области не разбираюсь и охотно допускаю, что фантазий много. Но всё же ваша ссылка на последние 50 лет не впечатляет. Тут как минимум каждое десятилетие придумывают новые методы исследования, как лабораторные, так и геофизические. Так что я думаю, некоторые фантазии всё же становятся многократно перепроверенным знанием.

    ОтветитьУдалить
  5. Я бы рад замутить новость на элементах, но врядли получится даже лучше чем у вас в этом блоге. А так уж заметил что вы сначала в блог пишете, а потом на элементы. Вот и ждал что более подробно и интересно появится на элементах.

    ОтветитьУдалить
  6. Ну да, иногда так делаю, но чаще мне хочется поведать миру гораздо больше, чем есть сил "доводить напильником". Вот кое-что в блог и кидаю.

    ОтветитьУдалить
  7. Ну, это можно и нужно не только на "Элементы". ;)
    http://lenta.ru/news/2008/12/11/transparent/

    ОтветитьУдалить
  8. Ощущения "второсортности" публикаций этого блога у меня нет - они короче - да, но не хуже; от новости и не надо чтобы она была длинной. Так что "аффтар жжош пишы истчо". :)

    ОтветитьУдалить
  9. Анонимный13/12/08 17:02

    Мне удивительно, что кому-то удивительно, что "тело" разогретое до высокой температуры становится прозрачным. Посмотрите на "кусок" стали при температуре около температуры плавления, на вольфрамовую нить в электрической лампочке. Это прозрачный объект, в нем светится, т.е. дает ярчайший свет, не только поверхность, но и объём. Вольфрам стал прозрачен для фотонов испускаемых в толще самого металла. Если просветить кусок раскалённого металла, ну хотя бы "лазарем", то можно увидеть его излучение на противоположной стороне.

    ОтветитьУдалить
  10. Не выдумывайте. Есть вполне конкретное определение прозрачности и непрозрачности, связанное с длиной поглощения. Когда мы видим свет от раскаленного куска стали, мы видим фотоны, излученные лишь в тончайшем приграничном слое. Если внутри вещества находится источник света с какими-то характерными особенностями, то его мы не увидим. Насчет лазера интересно, откуда Вы такую глупость почерпнули.

    ОтветитьУдалить
  11. Подземная полупрозрачность - это, конечно, прикольно... Извините за вопросик, м.б. не совсем по теме. А откуда под землей столько тепла? Вроде бы за миллионы лет все должно было бы остыть...

    ОтветитьУдалить
  12. А с чего Вы взяли, что за "миллионы" лет всё должно остыть?

    ОтветитьУдалить