Deep Earth heat surprise

2:53 pm     2 comments Share on reddit More Sharing Services 11

Washington, D.C—The key to understanding Earth's evolution is to look at how heat is conducted in the deep lower mantle—a region some 400 to 1,800 miles (660 to 2,900 kilometers) below the surface. Researchers at the Carnegie Institution, with colleagues at the University of Illinois, have for the first time been able to experimentally simulate the pressure conditions in this region to measure thermal conductivity using a new measurement technique developed by the collaborators and implemented by the Carnegie team on the mantle material magnesium oxide (MgO).They found that heat transfer is lower than other predictions, with total heat flow across the Earth of about 10.4 terawatts, which is about 60 % of the power used today by civilization. They also found that conductivity has less dependence on pressure conditions than predicted. The research is published in the August 9, online Scientific Reports.Lead author of the study Douglas Dalton explains: "The lower mantle sits on top of the core where pressures range from 230,000 to 1.3 million times the pressure at sea level. Temperatures are like an inferno—from about 2,800°F to 6,700 °F. The major constituents are oxides of magnesium, silicon and calcium. Heat transfer occurs at a higher rate across materials of high thermal conductivity than across materials of low thermal conductivity, thus these low thermal conductivity oxides are insulating."

The atoms of the major mantle materials are solid solutions and are in a disordered arrangement, which affects the way they conduct heat. Until now, the effect of this disorder on the way heat was conducted could only be estimated with experiments at low pressures. The pressure dependence on thermal conductivity has not been addressed in disordered materials before.

"We squeezed the samples between two diamond tips in an anvil cell and measured the thermal conductivity of the samples, debuting a technique called time-domain thermoreflectance," remarked co-author Alexander Goncharov. "We went up to 600,000 times atmospheric pressure at room temperature. This technique allows us to measure the thermal properties of the material from the change in the reflectance of the material's surface, thus avoiding the need of contacting the material of interest as required by conventional techniques. We then compared the results to theoretical models."

The scientists also showed that there is less dependence of thermal conductivity on pressure

than had been predicted. Calculations showed that at the core-mantle boundary there is an estimated total heat flow of 10.4 terawatts across the Earth.

"The results provide important bounds on the degree to which heat is transferred by convection as opposed to conduction in the lower mantle," said Russell J. Hemley, director of Carnegie's Geophysical Laboratory. "The next step will be to examine effects of different mineral components on the thermal conductivity and to better understand the atomic scale basis of convective motion of these materials within the broader context of mantle dynamics."

"The results suggest that this technique could really advance other high pressure and temperature studies of the deep Earth and provide a better understanding of how Earth is evolving and how materials act under the intense conditions," concluded Goncharov.

This research was supported by the National Science Foundation, The Carnegie DOE Alliance Center (CDAC), and Energy Frontier Research in Extreme Environments Center ( EFree).

Note : The above story is based on materials provided by Carnegie Institution for Science

Read more: http://www.geologypage.com/2013/08/deep-earth-heat-surprise.html#ixzz2bZIyhBK1 Follow us: @geology_page on Twitter | geology.page on Facebook

Dalam Earth kejutan panas02:53 2 komentar

Berbagi di reddit Lebih Sharing Layanan 11Washington, DC-Kunci untuk memahami evolusi bumi adalah untuk melihat bagaimana panas dilakukan di dalam bawah mantel-daerah sekitar 400 sampai 1.800 mil (660 kilometer ke 2.900) di bawah permukaan. Para peneliti di Carnegie Institution, dengan rekan-rekannya di University of Illinois, telah untuk pertama kalinya mampu mensimulasikan eksperimental kondisi tekanan di daerah ini untuk mengukur konduktivitas termal menggunakan teknik pengukuran baru yang dikembangkan oleh kolaborator dan dilaksanakan oleh tim Carnegie pada mantel bahan magnesium oksida (MgO).Mereka menemukan bahwa perpindahan panas lebih rendah dari prediksi lain, dengan aliran panas total areal bumi sekitar 10,4 terawatts, yaitu sekitar 60% dari daya yang digunakan hari ini oleh peradaban. Mereka juga menemukan bahwa konduktivitas memiliki kurang ketergantungan pada kondisi tekanan dari yang diperkirakan. Penelitian ini diterbitkan dalam 9 Agustus Laporan Ilmiah online.Memimpin penulis studi Douglas Dalton menjelaskan: "Semakin rendah mantel duduk di atas inti di mana tekanan berkisar dari 230.000 hingga 1,3 juta kali tekanan di permukaan laut Suhu seperti neraka-dari sekitar 2.800 ° F sampai 6.700 ° F.. Konstituen utama adalah oksida magnesium, silikon dan kalsium. Perpindahan panas terjadi pada tingkat yang lebih tinggi di seluruh bahan konduktivitas termal yang tinggi dibandingkan seluruh bahan konduktivitas termal rendah, sehingga ini rendah oksida konduktivitas termal isolasi. "

Atom-atom dari bahan mantel utama adalah larutan padat dan dalam susunan teratur, yang mempengaruhi cara mereka melakukan panas. Sampai saat ini, dampak dari gangguan ini pada cara panas dilakukan hanya dapat diperkirakan dengan percobaan pada tekanan rendah. Tekanan ketergantungan pada konduktivitas termal belum dibahas dalam bahan teratur sebelumnya.

"Kami diperas sampel antara dua tips berlian dalam sel landasan dan mengukur konduktivitas termal dari sampel, memulai debutnya teknik yang disebut thermoreflectance waktu-domain," kata rekan penulis Alexander Goncharov. "Kami pergi ke 600.000 kali tekanan atmosfer pada suhu kamar. Teknik ini memungkinkan kita untuk mengukur sifat termal material dari perubahan dalam pantulan dari permukaan material, sehingga menghindari kebutuhan menghubungi materi yang menarik seperti yang dipersyaratkan oleh konvensional teknik. Kami kemudian membandingkan hasilnya dengan model teoritis. "

Para ilmuwan juga menunjukkan bahwa ada ketergantungan kurang konduktivitas termal pada tekanan daripada yang telah diperkirakan. Perhitungan menunjukkan bahwa pada batas inti-mantel ada aliran panas perkiraan total 10,4 terawatts di seluruh Bumi.

"Hasil penelitian ini memberikan batas penting pada sejauh mana panas dipindahkan oleh konveksi sebagai lawan konduksi di dalam mantel bagian," kata Russell J. Hemley, direktur Laboratorium Geofisika Carnegie. "Langkah berikutnya akan untuk memeriksa efek dari komponen mineral yang berbeda pada konduktivitas termal dan untuk lebih memahami dasar skala atom konvektif gerak bahan-bahan tersebut dalam konteks yang lebih luas dari dinamika mantel."

"Hasil penelitian menunjukkan bahwa teknik ini benar-benar bisa memajukan tekanan tinggi lainnya dan studi suhu bumi dalam dan memberikan pemahaman yang lebih baik tentang bagaimana Bumi berkembang dan bagaimana bahan bertindak di bawah kondisi yang intens," pungkas Goncharov.

Penelitian ini didukung oleh National Science Foundation, The Carnegie DOE Pusat Aliansi (CDAC), dan Frontier Penelitian Energi di Extreme Lingkungan Pusat (EFree).

Catatan: Cerita di atas didasarkan pada materi yang disediakan oleh Carnegie Institution for Science

Baca lebih lanjut: http://www.geologypage.com/2013/08/deep-earth-heat-surprise.html # ixzz2bZIyhBK1Follow us: @ geology_page di Twitter | geology.page di Facebook