Nadie puede viajar dentro de la Tierra para estudiar lo que sucede allí. Por lo tanto, los científicos deben hacer todo lo posible para replicar las condiciones del mundo real dentro del laboratorio.
"Estamos interesados en procesos geofísicos a gran escala, como cómo se inicia la tectónica de placas y cómo las placas se mueven una debajo de la otra en las zonas de subducción", dijo David Goldsby, profesor asociado de la Universidad de Pennsylvania. "Para hacer eso, necesitamospara comprender el comportamiento mecánico de la olivina, que es el mineral más común en el manto superior de la Tierra ".
Goldsby, en equipo con Christopher A. Thom, un estudiante de doctorado en Penn, así como investigadores de la Universidad de Stanford, la Universidad de Oxford y la Universidad de Delaware, ahora ha resuelto una pregunta de larga data en esta área de investigación.experimentos de laboratorio previos dieron como resultado estimaciones muy dispares de la fuerza de la olivina en el manto litosférico de la Tierra, la parte relativamente fría y, por lo tanto, fuerte del manto superior de la Tierra, el nuevo trabajo, publicado en la revista Avances científicos , resuelve las disparidades anteriores al encontrar que, cuanto menor es el tamaño de grano de la olivina que se está probando, más fuerte es.
Debido a que el olivino en el manto de la Tierra tiene un tamaño de grano mayor que la mayoría de las muestras de olivino analizadas en los laboratorios, los resultados sugieren que el manto, que comprende hasta el 95 por ciento de las placas tectónicas del planeta, es de hecho más débil de lo que se creía. Esto es más realistaLa imagen del interior puede ayudar a los investigadores a comprender cómo se forman las placas tectónicas, cómo se deforman cuando se cargan con el peso de, por ejemplo, una isla volcánica como Hawai, o incluso cómo comienzan y se propagan los terremotos.
Durante más de 40 años, los investigadores han intentado predecir la fuerza de la olivina en el manto litosférico de la Tierra a partir de los resultados de los experimentos de laboratorio. Pero las pruebas en un laboratorio son muchas capas eliminadas de las condiciones dentro de la Tierra, donde las presiones son más altas y las tasas de deformaciónson mucho más lentos que en el laboratorio. Una complicación adicional es que, a las temperaturas relativamente bajas de la litosfera de la tierra, la resistencia de la olivina es tan alta que es difícil medir su resistencia plástica sin fracturar la muestra. Los resultados de los experimentos existentes tienenvariaron ampliamente, y no se alinean con las predicciones de la fuerza del olivino de los modelos geofísicos y las observaciones.
En un intento por resolver estas discrepancias, los investigadores emplearon una técnica conocida como nanoindentación, que se usa para medir la dureza de los materiales. En pocas palabras, los investigadores miden la dureza de un material, que está relacionado con su resistencia, aplicandouna carga conocida en una punta de penetración de diamante en contacto con un mineral y luego medir cuánto se deforma el mineral. Mientras que estudios anteriores han empleado varios aparatos de deformación de alta presión para mantener las muestras juntas y evitar que se fracturen, una configuración complicada que hacemediciones de resistencia desafiantes, la nanoindentación no requiere un aparato tan complejo.
"Con nanoindentación", dijo Goldsby, "la muestra en efecto se convierte en su propio recipiente a presión. La presión hidrostática debajo de la punta de penetración mantiene la muestra confinada cuando presiona la punta en la superficie de la muestra, permitiendo que la muestra se deforme plásticamente sin fracturas, incluso a temperatura ambiente "
Realizando 800 experimentos de nanoindentación en los que variaron el tamaño de la sangría variando la carga aplicada a la punta del diamante presionada en la muestra, el equipo de investigación descubrió que cuanto menor es el tamaño de la sangría, más dura y, por lo tanto, más fuerte, la olivinaconvirtió.
"Este efecto de tamaño de sangría se había visto en muchos otros materiales, pero creemos que esta es la primera vez que se muestra en un material geológico", dijo Goldsby.
Mirando hacia atrás a los datos de resistencia recolectados previamente para olivina, los investigadores determinaron que las discrepancias en esos datos podrían explicarse invocando un efecto de tamaño relacionado, por lo que la fuerza de olivina aumenta con la disminución del tamaño de grano de las muestras analizadas.los datos se trazaron en función del tamaño de grano en cada estudio, todos los datos se ajustan a una tendencia suave que predice fuerzas inferiores a lo pensado en el manto litosférico de la Tierra.
En un artículo relacionado de Thom, Goldsby y colegas, publicado recientemente en la revista Geophysical Research Letters, los investigadores examinaron patrones de aspereza en fallas que se han expuesto en la superficie de la Tierra debido a placas elevadas y erosión.
"Diferentes fallas tienen una rugosidad similar, y hay una idea publicada recientemente que dice que podría obtener esos patrones porque la resistencia de los materiales en la superficie de la falla aumenta con la disminución de la rugosidad", dijo Thom. "Esos patrones y lael comportamiento de fricción que causan podría decirnos algo sobre cómo los terremotos se nuclean y cómo se propagan ".
En el trabajo futuro, los investigadores de Penn y su equipo desearían estudiar los efectos de la fuerza del tamaño en otros minerales y también enfocarse en el efecto del aumento de la temperatura en los efectos del tamaño de la olivina.
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Materiales proporcionado por Universidad de Pennsylvania . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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