Лазерный импульсный анализ измеряет перенос тепла в земной коре

Исследователь из Вашингтонского университета в Сент-Луисе, профессор Энн М. Хофмайстер, использовала промышленный лазер для сварки стали, чтобы революционизировать понимание процесса переноса тепла в земной коре. Её метод, лазерный импульсный анализ, позволяет получить гораздо более точные данные, чем традиционные способы измерения теплопроводности горных пород.

Температура является ключевым фактором многих геологических процессов, включая образование магмы на глубине 30–40 км. Однако измерения теплопроводности пород при высоких температурах, близких к точке плавления, были неточными, так как традиционные методы не могли разделить перенос тепла за счёт колебаний атомов и за счёт излучения. Это заставляло учёных в моделях считать теплопроводность постоянной величиной. Новый метод позволил измерить, как быстро тепло проходит через образец породы при различных температурах.

Результаты, опубликованные в журнале Nature 19 марта 2009 года, показали, что теплопроводность пород сильно зависит от температуры. Породы в нижней коре, где температура очень высока, проводят тепло на 50% хуже, чем считалось ранее. Это означает, что нижняя кора является хорошим теплоизолятором и может быть значительно горячее. Как объясняет Хофмайстер: «Наш анализ показывает, что породы более эффективно проводят тепло при низких температурах и менее эффективны при высоких».

Это открытие меняет понимание фундаментальных процессов, таких как образование магмы. Новые данные были использованы в компьютерных моделях, объясняющих плавление коры при формировании горных поясов, подобных Гималаям. Оказалось, что разогрев за счёт трения (деформационный нагрев) может быть достаточным для запуска плавления, поскольку нижняя кора, будучи хорошим изолятором, удерживает тепло. «Как только породы начинают плавиться, теплопроводность падает, что затрудняет их охлаждение. Они дольше остаются горячими, и возникает потенциал для дальнейшего плавления», — отмечает Хофмайстер. Эти выводы потребуют пересмотра многих моделей геологических процессов.