Vísbending sneiðmyndar

Hin óumdeilanlega sönnun kviku-falskenningarinnar (sjá hér) var vísbending frá jarðskjálftasneiðmyndum. Hljóðbylgjur hjálpa vísindamönnum að þekkja eiginleika og tengsl milli vökva og föstu efni í möttli jarðar. Vísbending sneiðmyndar færir alls ekki rök fyrir kvikumöttli. Ein ástæða er sú að kvika – bráðið berg í vökvaformi – hreyfist væntanlega með uppstreymi og kvikustrókum. Hins vegar sýna jarðskjálftamælingar að meginhluti möttulsins er ekki vökvi:

Jarðskjálfta- og berfræðilegar mælingar sýna að meginhluti möttulsins er úr kristölluðu föstu efni. (The Earth‘s mantle, Composition, Structure, and Evolution, ritstýrt af Ian Jackson, Australian National University, Cambridge University Press, 1998, bls. 193).

Þessi greinilegi ágreiningur á milli athugana og falskenningar hefur gersamlega vikið fyrir þeim mörgum frávikum sem áfram haldast leyndardómur í nútíma jarðfræði, en getur verið útskýrt með vatnsplánetulíkaninu. Það eru mörg svæði í möttlinum sem ekki eru úr föstu efni og eru einfaldlega vatn.

Fyrir mörgum árum sýndu jarðskjálftabylgjur úr jarðskjálftum að nokkrir hlutar úr miðju jarðarinnar væri vökvi. Ákveðnar bylgjur – svokallaðar P-bylgjur – ferðast bæði í gegnum vökva og fast efni á meðan aðrar – S-bylgjur – ferðast ekki í gegnum vökva. Þegar fræðimenn sáu að ákveðnar jarðskjálftabylgjur færu ekki í gegnum ytri kjarnann, þá vissu þeir að hann var í vökvaformi – þeir vissu bara ekki úr hvers konar vökva efnið var. Bylgjuhraði og aðrir eiginleikar hafa gert það mögulegt að átta sig meira á eðli vökvans djúpt í jörðinni. Spurningar eins og seigja vökvans gætu verið svarað. Vísindamenn sem skrifuðu í Journal of Science gerðu þennan samanburð um vökvaform ytri kjarna jarðarinnar:

Seigja vökvans í ytri kjarnanum er sambærileg seigju vatns. (Earth‘s Core and the Geodynamo, Bruce A. Buffett, Science, Vol. 288, 16. júní 2000, bls. 2007).

Svarið virðist svo auðvelt þegar við hugsum um þau fleiri þúsund rúmkílómetra af náttúrulegum vökva sem fyrirfinnst og sem við sjáum á jörðunni.

Vaþrývarmi

Mörg umhverfi sem fjallað er um í jarðfræði í dag er blanda af vatni og hita, til dæmis þær útfellingar sem við getum komið auga á á háhitasvæðum, en slíkt umhverfi er hægt að nefna vatnsvarma (hydrothermal) umhverfi. Þó er nánast aldrei fjallað um umhverfi vatns og hita auk mikils þrýstings. Slíkt umhverfi er þó gífurlega mikilvægt í jarðfræði og mun ég kalla það vaþrývarma (hypretheremal), samsett og blandað orð úr vatni (va), þrýstingi (þrý) og varma (eða hita). Mismunurinn er þessi:

1. Vatnsvarma umhverfi – steindir myndast í umhverfi heits vatns án þrýstings.
2. Vaþrývarma umhverfi – steindir myndast í umhverfi heits vatns með þrýstingi.

Til að skilja uppruna steina og steinda á jörðinni og á öðrum hnöttum, þá þarf skýran skilning á vaþrývarma umhverfi. Því miður var ekki til orð í vísindum í dag til að lýsa slíku umhverfi, enda enginn að skoða það, þess vegna þetta nýyrði en það mun verða notað töluvert hér eftir.

Vaþrývarmi er það eðlisfræðilega umhverfi þar sem kristallaðar steindir vaxa. Það er samansett úr vatni, hita, þrýstingi, steinefni og gasi.

Takið eftir að vaþrývarma umhverfi krefst allra þessara fimm „innihaldsefna“:

1. Vatn
2. Hiti
3. Þrýstingur
4. Steinefni
5. Gas

Alveg eins og með hverja aðra uppskrift, þá verður útkoman ekki sú sem vonast er eftir, nema allir þessir fimm þættir verði með. Ef við sleppum hveitinu eða ef við bökum piparkökur að hætti Kardomommubæjar (var ekki sykri og pipari víxlað?), þá getum við ekki búist við að fá þá gómsætu köku sem til stóð að baka. Það sama gildir um steina og kristalla.

Vaþrývarma ferlið hefur einfaldast mjög með nýtíma tækni. Hægt er að kaupa eða smíða ódýra þrýstikatla og nota þá á endurtekinn hátt til að finna rétta umhverfið, eða réttu uppskriftina á hitastigi, þrýstingi, steinefni og lofti fyrir þá gerð kristalla sem á að láta vaxa.

Hér er sýnt safn mynda sem sýna ferlið á því hvernig hægt er að láta kvars vaxa tvöfalda stærð sína – á einum degi – með því að nota vaþrývarma ferli. Tækin sem notuð voru í þessari tilraun, var háþrýstiofn, einnig kallaður þrýstiketill, sem settur var lóðrétt í ofninn. Ofninn var hitaður upp í 400°C í botninum en um 50°C kaldara efst. Það leiddi til náttúrulegs varmastreymis eða hringstreymis á vökva/gas blöndunni innan í íláti undir háum þrýstingi (þrýstiketill). Mikilvægt var að hita ekki of snögglega upp.

Samkvæmt ákveðinni uppskrift og aðferð (sjá undirkafla 7.4 fyrir nánari lýsingu á þeim) var hægt að búa til kvars! Þegar ferlið og uppskriftin er þekkt, er auðveldlega hægt að endurtaka tilraunina og reyndar er þetta gert í miklum mæli til framleiðslu á steindum, en þó aðeins á örfáum stöðum í heiminum.

Merkilegt er að hvergi í jarðfræðirannsóknum hafa þrýstikatlar verið notaðir til rannsókna. Hvernig ætla jarðvísindamenn að öðlast þekkingu á því hvernig berg sem inniheldur kvars er myndað ef þeir þekkja ekki ferlið hvernig kvars kristallar eru búnir til?