超塑性的地幔礦物

超塑性是指某些結晶物質在受熱時,可延展自身長度達若干倍的能耐。儘管地球地幔(地函)中的礦物無法承受這樣大的張力,不過有間接證據暗示,超塑性有助於這些礦物回應大陸板塊的潛沒(subduction:指地殼結構中一板塊邊緣潛入另一板塊邊緣下方),及其他地殼結構的變化過程。

目前,一支由日本東京大學(Tokyo University)的Takehiko Hiraga及來自日本國家材料科學研究所(Japan’s National Institute for Materials Science)的Hidehiro Yoshida所領導的團隊,業已發現地幔礦物確實具有超塑性的直接證據。如同其他的超塑性物質,不論是實際存在或推測出來的,地幔中的礦物是多結晶的聚集體。

(圖援用自原文)

為了進行研究,Hiraga、Yoshida及其團隊燒結了奈米級粉末,來製造兩個主要由鎂橄欖石(forsterite:也就是Mg2SiO4)組成的地幔礦物模擬物。沒有壓力時,超塑性物質的組成,主要成分為奈米級粒子,其中也混雜了一些更小的粒子作為次要成分。在壓力下受熱時,主要及次要的粒子會藉由與鄰近粒子合併而生長。這種反應確保了粒子持續相毗連,因此可預先防止整個物質的破裂。

如文中圖示,由90%鎂橄欖石及10%方鎂石(MgO)組成的樣本,能經得起超過5倍的張力。此外,透過電子逆散射的衍射(electron back-scattered diffraction)及射透式電子顯微鏡術(transmission electron microscopy)這兩種電子診斷術,發現上述地幔模擬物中的粒子,會像超塑性已被證實之物質中的粒子一樣成長。

在已測定的諸多溫度與張力率下,地幔類似物變得具超塑性。該團隊估測,超塑性可能有助於地球地幔容納,花6千萬年來穿過3千公里的2百公里厚岩板(slab)。

原文網址:Superplastic mantle minerals
翻譯:peregrine | 本文轉載自PEREGRINE科學點滴


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