La conductividad radiativa en el manto inferior de la Tierra

Área de la Ciencia:

• La geofísica es la geofísica.
• Física de los minerales Física de los minerales
• Ciencias de la Alta Presión Ciencias de la Alta Presión

Sus antecedentes:

• Los estados de oxidación del hierro influyen en los ciclos biogeoquímicos de la Tierra y en las propiedades del manto.
• El hierro en los minerales del manto inferior como la perovskita de silicato y la ferropericlase afecta la conductividad térmica y el flujo de calor del núcleo.
• El impacto de los estados de oxidación del hierro en las propiedades de transporte en las profundidades de la Tierra sigue siendo poco comprendido.

Objetivo del estudio:

• Para investigar el papel de los estados de oxidación del hierro en la conductividad térmica radiativa de los minerales del manto inferior.
• Para determinar cómo la concentración de hierro férrico (Fe3+) afecta la absorción óptica y la conductividad radiativa en la perovskita de silicato.
• Proporcionar nuevos conocimientos sobre el estado térmico y la evolución del manto inferior de la Tierra.

Principales métodos:

• Se midieron los espectros de absorción óptica de perovskita de silicato y ferropericlasa a altas presiones (hasta 133 GPa) y temperaturas (hasta 800 K).
• Se analizaron datos espectrales para identificar las contribuciones de diferentes especies de hierro (Fe2+, Fe3+) y los mecanismos de transferencia de carga.
• Conductividad térmica radiativa dependiente de la presión calculada (k ((rad)) basada en datos experimentales de absorción óptica.

Principales resultados:

• La absorción óptica en la perovskita de silicato es impulsada principalmente por la transferencia de carga O-Fe3+) y las transiciones de intervalo Fe3+) -Fe2+).
• La concentración de Fe (((3+) controla directamente el componente radiativo de la conductividad térmica en la perovskita de silicato.
• Se estimó que la conductividad radiativa (k ((rad)) era de 2 a 5 veces menor de lo que se había deducido anteriormente, con una dependencia mínima de la temperatura en la ferropericlase de hasta 60 GPa.

Conclusiones:

• La concentración de hierro férrico (Fe3+) es un factor crítico que controla la conductividad térmica radiativa en la perovskita de silicato del manto inferior de la Tierra.
• La conductividad radiativa más baja de lo esperado tiene implicaciones significativas para la dinámica del manto, incluida la generación y la estabilidad de las plumas termoquímicas.
• Esta investigación refina nuestra comprensión de la transferencia de calor en las profundidades de la Tierra y su influencia en la evolución planetaria.