«Нас интересуют широкомасштабные геофизические процессы, к примеру, как появляется тектоника плит и как плиты движутся приятель под втором в территориях субдукции», — сообщил Дэвид Голдсби, доцент Пенсильванского университета. «Для этого нам необходимо осознать механическое поведение оливина, что есть самый распространенным минералом в верхней мантии Почвы».Голдсби вместе с Кристофером А. Томом, докторантом Пенсильванского университета, и исследователями из Стэнфордского университета, Университета и Оксфордского университета Делавэра, сейчас решили давешний вопрос в данной области изучений. Тогда как прошлые лабораторные опыты стали причиной очень различным оценкам прочности оливина в литосферной мантии Почвы, довольно холодной и, следовательно, прочной части самой верхней мантии Почвы, новая работа, размещённая в издании Science Advances, ликвидирует прошлые расхождения, найдя, что: Чем меньше размер зерна тестируемого оливина, тем он прочнее.Потому, что оливин в мантии Почвы имеет больший размер зерна, чем большая часть образцов оливина, протестированных в лабораториях, результаты говорят о том, что мантия, которая образовывает до 95 процентов тектонических плит планеты, в действительности не сильный, чем когда-то считалось.
Эта более реалистичная картина внутренней части может оказать помощь исследователям осознать, как формируются тектонические плиты, как они деформируются под весом, к примеру, вулканического острова, для того чтобы как Гавайи, либо кроме того как начинаются и распространяются землетрясения.Более 40 лет исследователи пробовали угадать концентрацию оливина в литосферной мантии Почвы по итогам лабораторных опытов.
Но тесты в лаборатории — это множество слоев, удаленных от условий в Почвы, где давление выше, а скорость деформации намного ниже, чем в лаборатории. Еще одна сложность содержится в том, что при довольно низких температурах земной литосферы прочность оливина так высока, что тяжело измерить его пластическую прочность без разрушения примера. Результаты существующих опытов очень сильно различаются, и они не согласуются с предсказаниями силы оливина, сделанными на базе геофизических наблюдений и моделей.Пробуя устранить эти несоответствия, исследователи применяли способ, известный как наноиндентирование, которое употребляется для измерения твердости материалов.
Несложнее говоря, исследователи измеряют твердость материала, которая связана с его прочностью, прикладывая известную нагрузку к наконечнику алмазного индентора, контактирующего с минералом, а после этого измеряя степень деформации минерала. Тогда как в прошлых изучениях употреблялись разные устройства для деформации под большим давлением для удержания образцов совместно и предотвращения их разрушения, сложная установка, которая затрудняет измерения прочности, наноиндентирование не требует для того чтобы сложного устройства.«Благодаря наноиндентированию, — сообщил Голдсби, — пример практически делается собственной емкостью под давлением. Гидростатическое давление под наконечником индентора удерживает пример в ограниченном пространстве, в то время, когда вы прижимаете наконечник к поверхности примера, что разрешает примеру пластически деформироваться без разрушения, даже в том случае, если при комнатной температуре."
Совершив 800 опытов по наноиндентированию, в которых они варьировали размер отпечатка, варьируя нагрузку, прилагаемую к алмазному наконечнику, вдавленному в пример, исследовательская несколько поняла, что чем меньше размер отпечатка, тем жёстче и, следовательно, прочнее делается оливин.«Данный эффект размера вдавливания был увиден во многих вторых материалах, но мы считаем, что это первый раз, в то время, когда он проявляется в геологическом материале», — сообщил Голдсби.
Оглядываясь на ранее собранную информацию о прочности оливина, исследователи определили, что расхождения в этих разрешённых могут быть растолкованы посредством результата связанного размера, в следствии чего сила оливина возрастает с уменьшением размера зерен в тестируемых примерах. В то время, когда эти прошлые информацию о прочности были нанесены на график в зависимости от размера зерна в каждом изучении, все сведенья соответствовали плавному тренду, что предвещает более низкие, чем ожидалось, значения прочности литосферной мантии Почвы.
В соответствующей статье Тома, Голдсби и его сотрудников, сравнительно не так давно размещённой в издании Geophysical Research Letters, исследователи изучили закономерности шероховатости в разломах, каковые были обнаженными на поверхности Почвы из-за поднятых эрозии и пластин.«Разные разломы имеют схожую шероховатость, и сравнительно не так давно была опубликована мысль, в которой говорится, что вы имеете возможность взять эти образцы, по причине того, что прочность материалов на поверхности разлома возрастает с уменьшением шкалы шероховатости», — сообщил Том. «Эти модели и вызываемое ими трение смогут поведать нам кое-что о том, как зарождаются землетрясения и как они распространяются».
В собственной будущей работе исследователи из Пенсильвании и их команда желали бы изучить влияние размера-силы на другие минералы, и сосредоточиться на влиянии увеличения температуры на размерные эффекты оливина.