新的研究显示地球的构造板材比曾经认为弱

橄榄石是地球上部地幔中最丰富的矿物质，包括大部分地球的构造板。（照片：橄榄石Xenoliths在玄武岩，约翰圣詹姆斯/弗里克尔）

宾夕法尼亚大学大学的新研究使科学家更好地了解橄榄石的力量，对构造板的形成和移动有影响。

没有人可以在地球里面旅行以研究在那里发生的事情。因此，科学家必须尽最大努力复制实验室内的真实条件。

“我们对大规模地球物理流程感兴趣，如板块构造的发起人，以及宾夕法尼亚大学副教授David Goldsby表示，板块构造的发起人以及如何在俯卧区移动。”“这样做，我们需要了解橄榄石的机械行为，这是地球上部地幔中最丰富的矿物质。”

Goldsby与Christopher A. Thom合作，宾夕法尼亚州博士学位以及斯坦福大学，牛津大学和特拉华大学的研究人员，现在解决了这个研究领域的长期问题。虽然以前的实验室实验导致岩石树木地幔中橄榄石的强度普遍差异，但地球最上面的地幔的相对寒冷和强大的一部分，新的工作在“科学进步”上发表的新工作，通过找到这一点来解决以前的差异，测试橄榄石的粒度越小，它的粒度越强。

由于地球的地幔中的橄榄石具有比在实验室中测试的大多数橄榄石样本更大的粒度，结果表明，占地面积高达95％的行星构造板块，实际上弱于曾经持续。这种内饰的更现实的画面可以帮助研究人员了解构造板的形式，它们如何在装载时变形，例如，夏威夷的火山岛，甚至地震如何开始和传播。

40多年来，研究人员试图从实验室实验结果中预测地球岩石地幔中的橄榄石的实力。但是，实验室中的测试是从地球内部的条件中取出的许多层，其中压力较高，变形率比实验室更慢。进一步的并发症是，在地球岩石圈的相对较低的温度下，橄榄石的强度如此之高，因此难以测量其塑料强度而不破裂样品。现有实验的结果广泛变化，它们与从地球物理模型和观察结果的橄榄石强度的预测不相处。

为了解决这些差异，研究人员使用一种称为纳米凸缘的技术，用于测量材料的硬度。简而言之，研究人员通过将已知的负载施加到与矿物质接触的金刚石压续尖端，测量与其强度有关的材料的硬度。然后测量矿物变形的多少。虽然先前的研究采用了各种高压变形装置将样品保持在一起并防止它们压裂，进行测量的强度攻击，但是纳米狭窄不需要复杂的装置。

“用纳米凸缘，”金子，“实际上的样品成为其自身的压力容器。在压紧尖端进入其表面时，压紧尖端下方的静液压保持局限于，允许样品塑性地变形而不会破裂，即使在室温下也是如此。“

研究小组发现，执行800个纳米endentation实验，其中通过改变施加到样品中的钻石尖端的载荷来改变压痕的大小，发现缩进的尺寸越小，较难，较强，橄榄石变得越强。

“这种压痕尺寸效应已经在许多其他材料中看到，但我们认为这是第一次在地质材料中显示出来，”Goldsby说。

研究以前收集了橄榄石的强度数据，研究人员确定这些数据中的差异可以通过调用相关尺寸的效果来解释，从而随着测试样品的晶粒尺寸的降低而增加，橄榄石的强度增加。当这些先前的强度数据符合每项研究中的晶粒尺寸时，所有数据都适合平稳的趋势，预测地球岩石地幔的低于思想的优势。

在最近在Geophysical研究信件中发表的Thom，Goldsby及其同事的相关论文中，研究人员在由于升高和侵蚀的情况下检查了在地球表面暴露的故障中的粗糙度的模式。

“不同的缺陷具有类似的粗糙度，最近发表了一个想法，说您可能会得到那些模式，因为在故障表面上的材料的强度随着粗糙度的降低而增加，”Thom表示。“那些模式和他们造成的摩擦行为可能能够告诉我们地震如何成核以及它们如何传播。”

在未来的工作中，宾夕法尼亚州研究人员及其团队希望在其他矿物质中研究规模强度影响，并专注于增加温度对橄榄石大小效应的影响。

Goldsby和Thom Coauthored与斯坦福的Kathryn M. Kumamoto; David Wallis，Lars N. Hansen，David E. J. Armstrong和Angus J. Wilkinson的牛津大学;和杰西卡·沃伦的特拉华州。

该工作得到了自然环境研究委员会（Grant Ne / M000966 / 1）和国家科学基金会（Grants 1255620,1464714​​和1550112）的支持。

出版物：Kathryn M. Kumamoto等，“尺寸效果在橄榄石的低温可塑性工作中解决了40年的差异，”2017年9月13日科学推进：卷。 3，不。 9，e1701338; DOI：10.1126 / sciadv.1701338