Tilbake til søkeresultatene

FRINATEK-Fri prosj.st. mat.,naturv.,tek

Is the Earth’s core the hidden reservoir of noble gases?

Alternativ tittel: Er jordens kjerne det skjulte reservoaret av edelgasser?

Tildelt: kr 12,0 mill.

Edelgassene er ulike alle andre grunnstoffer fordi de er kjemisk "inerte" - de inngår sjelden i kjemisk binding med andre atomer. I jordas dype indre sitter de derfor ofte inneklemt mellom atomene som utspenner krystallstrukturene til mineraler og bergarter, liksom i ørsmå "atombur". Når dype bergartene smelter, brytes buret opp og edelgassene kan rømme med magmastrømmer til jordas overflate og ut i atmosfæren. Som mange andre elementer, har edelgassene både radiogene og ikke-radiogene isotoper. Alle radiogene isotoper er produkter av kjernefysiske reaksjoner ved henfall av ustabile atomer. Uran og Thorium er to sentrale atomer som inngår i slike kjernereaksjoner og som finnes i hele jordens mantel. I et geologisk tidsperspektiv dannes kontinuerlig flere og flere slike radiogene isotoper mens alle ikke-radiogene isotoper kom til jorden da den ble dannet. Fra tidenes morgen har har det derfor blitt mindre og mindre av de ikke-radiogene isotopene siden den "konvektive mantelen" har brakt disse isotopene ut i atmosfæren gjennom vulkanutbrudd. Det er kun isotoper som er blitt værende i dype isolerte lag, som feks den ytre kjernen eller i spesifikke områder i den nederste mantelen som ikke har klart å unnslippe. Noen klarer allikevel å unnslippe ved at de blir dratt med av de dypeste magmastrømmer som tilslutt ender opp på jordas overflate. Derfor kan isotopsammensetningen av edelgasser fortelle oss en historie om en stein eller lava stammer fra et av disse dype "reservoarene" - eller om den ikke gjør det. Vi skal bruke atomistiske simuleringer til å finne ut hvor i jordas dype indre disse edelgassene har blitt lagret. Disse atomistitiske beregningne vil derfor gi ny kunnskap om hvilke veivalg magmastrømmene har tatt som gjør at de har endt opp på (vidt forskjellige steder som) "havrygger" og vulkanske øyer.

The noble gases bear in their isotopic ratios the traces of the Earth differentiation, degassing, and long-term geodynamic evolution. They have the particularity that each one of them has at least one stable non-radiogenic isotope, which continuously escapes to the atmosphere at a very slow rate, and at least one radiogenic isotope, which is partially replenished over geological time. When mixtures arrive at the surface their ratios hold the key to deciphering the isolation and mixing of Earth’s internal reservoirs over the course of Earth’s history. The signatures in the mid-ocean ridge basalts are distinct from ocean island basalts, as their parent magmas have different sources. Stable noble gas isotopes may be stored in proposed hidden reservoirs in the deep Earth, which are so far hypotheses that need to be verified by experiments or calculations. Here we propose to compute the partitioning of noble gases between silicate magmas and iron metallic melts from first-principles molecular-dynamics calculations coupled with thermodynamic modeling. We cover the core formation moment, the evolution of the magma ocean, and the last droplets of highly evolved silicate liquid equilibrating with the liquid outer core. In particular, we test if the Earth’s core is the plausible hidden reservoir for all or some of the noble gases. We compare how the core fractioned He and Ne. If the fractionation is similar then the 3He/22Ne signature recorded in ocean island basalts is consistent with mantle plumes tapping into the core. We compare the partitioning of Xe with that of Ne, Ar, and Kr. If it is much higher, then the missing Xe could be trapped and stored in the core. We identify the mechanisms of the leakage of each of the noble gases, whether related to chemical potentials or secular cooling.

Budsjettformål:

FRINATEK-Fri prosj.st. mat.,naturv.,tek