Результаты, которые только что были опубликованы в журнале Nature, выходят далеко за рамки наук о Земле: они представляют собой новый чрезвычайно мощный инструмент для изучения динамики твердых тел и материаловедения в целом.Земля непрерывно выделяет тепло посредством конвективного движения в мантии Земли, которая лежит в основе коры. Поэтому понимание этой конвекции является фундаментальным для изучения тектоники плит.
Мантия состоит из твердых пород. Для возникновения конвективного движения необходимо, чтобы кристаллическая решетка этих горных пород могла деформироваться. До сих пор это был парадокс, который наука не могла полностью разрешить. Хотя дефекты кристаллической решетки, называемые дислокациями, очень хорошо объясняют пластичность металлов, их недостаточно для объяснения деформаций, которым подвергаются определенные породы мантии.
Исследователи подозревали, что раствор должен быть найден на границах между минеральными зернами, из которых состоят горные породы. Однако им не хватало концептуальных инструментов, необходимых для описания и моделирования роли этих границ в пластичности горных пород. Исследователи из Unite Materiaux et Transformations (CNRS / Universite Lille 1 / Ecole Nationale Superieure de Chimie de Lille) в сотрудничестве с исследователями из Лаборатории геонаук Монпелье (CNRS / Universite Montpellier 2) и Лаборатории исследований микроструктур и техники. Materiaux (CNRS / Universite de Lorraine / Arts et Metiers ParisTech / Ecole Nationale d’Ingenieurs de Metz) объяснили эту роль.
Они показали, что кристаллическая решетка границ зерен имеет весьма специфические дефекты, известные как «дисклинации», которыми до сих пор пренебрегали. Исследователям удалось впервые наблюдать их в образцах оливина (который составляет до 60% верхней мантии) с помощью электронного микроскопа и специальной обработки изображений.
Они пошли даже дальше: на основе математической модели они показали, что эти дисклинации объясняют пластичность оливина. При приложении механического напряжения дисклинации позволяют границам зерен перемещаться, что позволяет оливину деформироваться в любом направлении.
Таким образом, течение в мантии больше не несовместимо с ее жесткостью.Это исследование выходит за рамки объяснения пластичности горных пород в мантии Земли: это большой шаг вперед в науке о материалах.
Рассмотрение дисклинаций должно предоставить ученым новый инструмент для объяснения многих явлений, связанных с механикой твердого тела. Ученые намерены продолжить исследования структуры границ зерен не только в других минералах, но и в других твердых телах, таких как металлы.