Мантия Земли – это прочный слой, который пребывает в постоянном медленном конвективном движении. Но как деформируются скальные породы мантии? Ведь в кристаллических решетках таких минералов, как оливин (именно он составляет большую часть верхнего слоя мантии), слишком мало дефектов – точнее, их недостаточно, чтобы объяснить наблюдаемые эмпирически деформации.
Поликристалл оливина (оманский милонит) в свете поперечной поляризации (световая микроскопия)
Группа материаловедов из Национального центра научных исследований Франции (CNRS) нашла неожиданный ответ на этот вопрос. Они подробно изучили ранее игнорируемый тип кристаллических дефектов, так называемые дисклинации, которые локализуются на границах минеральных зерен, составляющих горные породы. Ученые впервые пронаблюдали за этими дефектами и смоделировали поведение межзеренных границ при приложении механического напряжения.
Наша планета постоянно выделяет тепло – благодаря конвективному движению в ее мантии. Эта конвекция – один из фундаментальных процессов, определяющих динамику тектонических плит. Мантия состоит из монолитных пород. Для конвективного движения кристаллическая решетка этих пород должна мочь деформироваться. Но хорошо известных линейных дефектов в кристаллах недостаточно для того, чтобы объяснить деформации некоторых мантийных пород.
Исследователи заподозрили, что решение проблемы – в границах между минеральными зернами, из которых и состоят эти породы. Они впервые смогли пронаблюдать (с помощью электронного микроскопа и специальных средств обработки изображений) в образцах оливина особый тип дефектов – дисклинации. Более того, построенная ими математическая модель показала, что именно дисклинации объясняют пластичность оливина. При механическом давлении дисклинации позволяют межзеренным границам сдвигаться, что и дает оливину деформироваться в любом направлении. Таким образом, больше нет противоречия между текучестью мантии и ее твердостью.
Исследование представлено в журнале Nature.
По материалам пресс-релиза CNRS.
Источник: А. Космарский nauka21vek.ru
