Ett nytt "övervakande" lager i Jordens nedre mantel har upptäckts. Genombrottet kan förklara varför delar av Jordens sjunkande tektoniska plattor ibland stannar och tjocknar 150 mil under jordytan. Det kan också förklara varför jordbävningar inträffar djupt inne i Jordens inre, vilket tyder på att det är varmare än tidigare trott. Visas här är en förenklad bild av en platta från en av jordens tektoniska plattor sjunker genom den övre manteln ovan, sedan stanna och pooling på ett djup av 930 miles, där University of Utah experiment tyder på förekomsten av en extremt stel eller viskösa lager i jorden. Forskningen utfördes av forskare vid University of Utah genom att krossa mineraler mellan diamanter för att återskapa förhållanden i jordens inre. Jordens huvudskikt är den tunna skorpan som är sex till 80 kilometer djup, en mantel som sträcker sig 800 kilometer djup och järnkärnan. Men det finns delområden. Jordskorpan och en del av den övre manteln bildar tektoniska eller lithosfäriska plattor som är mellan 97 och 145 kilometer tjocka och som liknar den övre sidan av transportband som bär kontinenter och havsbottnar. De är ansvariga för bildandet av kontinenter och är fortfarande aktiva - som jordbävningar och vulkanutbrott visar. Men forskare har aldrig kunnat räkna ut varför jorden utvecklade tektoniska plattor, men andra planeter gjorde det inte. Förra året sa Yale att det hade löst mysteriet - och sa att nyckeln är små mineraler i stenar. Forskningen visar hur och när Jorden kom att utveckla en av sina mest distinkta egenskaper - stela tektoniska plattor - och varför Venus, Jordens tvillingliknande granne, aldrig har. "Vi tror att allt handlar om beteendet hos små korn av mineraler i stenar", sade Yale geofysiker Dr David Bercovici, huvudförfattare av forskning som publiceras i tidskriften Nature. Forskarna hävdar att i Jordens tidiga dagar, mantel konvektion orsakade svaga zoner i lithosfären - den yttersta skal av planeten. Dessa zoner kvarstod, utvecklades till plattgränser, och slutligen ansluten till ett globalt nätverk av tektoniska plattor. De svaga zonerna, hävdar de, berodde på tendensen hos mineralkorn i berggrunden att krympa när berggrunden deformeras. Detta nya lager är en "övervakningsregion", där vätskor är under så intensivt tryck att de är extremt stela. Den sträcker sig från 660 kilometer under jord till 1.500 kilometer. I laboratorieexperiment fann forskarna att ett överflödande mineral i manteln som kallas ferropericlase började öka i styrka vid tryck motsvarande de 660 km under jord - den övre nedre mantelgränsen. Och denna styrka ökade trefalt på ett djup av 1.500 kilometer. Genom att simulera hur den beter sig med ett annat dominerande mineral på samma nivå - bridgmanit - beräknade forskarna att mantelstenens viskositet eller styvhet vid 930 kilometers djup är 300 gånger större än vid 410 kilometers djup. För att sätta det i perspektiv, på pascal-second skala är viskositeten i vatten 0,001, jordnötssmör är 200 och detta stela mantelskikt är 1000 miljarder miljarder miljarder. – Resultatet var spännande, säger Dr Lowell Miyagi, biträdande professor i geologi och geofysik vid universitetet i Utah. "Denna viskositetsökning kommer sannolikt att leda till att subdukterande plattor [som rör sig under varandra] fastnar - åtminstone tillfälligt - omkring 930 kilometer under jord. "I själva verket visar tidigare seismiska bilder att många plattor verkar poola runt 930 miles, bland annat under Indonesien och Sydamerikas Stillahavskust. – Denna observation har förbryllat seismologer under ganska lång tid, men under det senaste året finns det nytt samförstånd från seismologerna om att de flesta plattor pool. och jordens viktigaste lager (illustrerade) är den tunna skorpan som är sex till 80 kilometer djup, en mantel som sträcker sig 800 kilometer djupt och järnkärnan. Men det finns delområden. Den skorpa och några av de övre manteln bildar 60- till 90-mils-tjock tektoniska eller lithosfäriska plattor som är som den övre sidan av transportband. Universitetet i Utah geofysiker Dr Lowell Miyagi har en press som rymmer ett diamantstäd, där mineraler kan pressas ett tryck som liknar de djupt inne i jorden. Miyagi och en kollega i Tyskland pressade mineralkristaller i en diamant städ under tryck som de djupt underjordiska. Dr Miyagi tillade att förhalningen och bockningen av sjunkande plattor på grund av detta stela lager i manteln kan förklara några djupa jordbävningar högre upp i manteln; de flesta skalven är mycket grundare och i skorpan. "Allt som skulle orsaka motstånd mot en platta kan potentiellt orsaka det att spänna fast eller bryta högre i plattan, orsakar en djup jordbävning," sade han. Dr Miyagi sade också att den stela övre delen av den nedre manteln kan förklara olika magmor som ses vid två olika typer av havsbotten vulkaner. Återvunnen skorpa och mantel från gamla plattor framträder så småningom som ny havsbotten under utbrott av vulkaniska ventiler längs mellanhavsryggar - den stigande änden av transportbandet. Magman i detta nya platta material har den kemiska signaturen av nyare, grundare, välblandade magma som hade subdukterats och utbröt genom transportbandet flera gånger. Men i övulkaner som Hawaii, skapade av en djup hotspot av delvis smält sten, magman är äldre, från djupare källor och mindre välblandade. Dr Miyagi sade att det viskösa lagret i den nedre manteln kan vara det som skiljer källorna till de två olika magmaner som förser de två olika typerna av vulkaner. En annan konsekvens av det stela skiktet är att "om du minskar förmågan hos stenen i manteln att blanda, är det också svårare för värme att komma ut från jorden, vilket kan innebära att jordens inre är varmare än vi tror", sade han. Resultaten kan också tyda på att jordens inre är varmare än tänkt, i genomsnitt 2150 °C (3 900°F) vid den nedre mantelgränsen snarare än 1.540 °C (2.800 °F) som tidigare förutspåtts. Forskarna tror att medeltemperaturen och trycket 660 km djupt vid den övre mantelgränsen är 1 540 °C (2 80°F) och 235.000 gånger det atmosfäriska trycket på jordens yta. Dr Miyagi sade att vid det nyupptäckta viskösa lagrets styvaste yta, 1.500 km djup, är temperaturen i medeltal 2.150 °C (3.900°F) och trycket 640.000 gånger lufttrycket på jordens yta. Sådana förhållanden hindrar geofysiker från att besöka Jordens mantel, så "vi vet mycket mer om Mars yta än vi gör Jordens inre", enligt dr Miyagi. "Vi kan inte komma ner dit, så vi måste göra experiment för att se hur dessa mineraler beter sig under ett brett spektrum av förhållanden, och använda det för att simulera beteendet på jorden." Fynden var en överraskning eftersom forskarna tidigare trodde att viskositeten bara varierade lite vid temperaturer och tryck i planetens inre. Studiens simuleringar visade också att strax under 930-mils djupzonen med högsta viskositet sjunker plattorna lättare igen när den nedre manteln blir mindre stel. "Jorden har många lager, som en lök, säger Dr Miyagi. – De flesta skikten definieras av de mineraler som finns. – I själva verket har vi upptäckt ett nytt lager på jorden. Detta lager definieras inte av de mineraler som finns, utan av styrkan i dessa mineraler.
Forskningen utfördes av forskare vid universitetet i Utah.
De krossade mineraler mellan diamanter för att härma jordens kärna.
Och de fann att det måste finnas en ny region 90 mil under jord.
Den superviscous regionen kan förklara varför vissa plattor inte sjunker.
Och fynden tyder också på att jordens inre är varmare än vad man trodde.