Laserexperimente enthüllen zentrale Eigenschaften eines Minerals von Supererden

BerlinWissenschaftler haben eine neue Entdeckung über das Mineral Magnesiumoxid gemacht, das eine wichtige Rolle in planetaren Mänteln spielt. Mit Hilfe von hochenergetischen Lasern beobachteten die Forscher, wie sich Atome in Magnesiumoxid unter extremem Druck und hohen Temperaturen verändern und schmelzen. Diese Bedingungen ähneln denen, die tief im Inneren eines felsigen Planetenmantels herrschen.

Die Studie ergab:

• Magnesiumoxid hält Druck bis zu 600 Gigapascal stand.
• Das Mineral schmilzt bei etwa 9.700 Kelvin.
• Unter Druck wechseln die Phasen zwischen Steinsalz und Cäsiumchlorid.
• Die Experimente wurden mit der Omega-EP-Laseranlage durchgeführt.

Magnesiumoxid könnte das erste Mineral sein, das sich aus geschmolzenem Gestein bildet, wenn Super-Erde-Planeten entstehen. Diese Entdeckung ist bedeutsam, weil Super-Erden, die größer als die Erde, aber kleiner als Neptun oder Uranus sind, oft bei der Suche nach extrasolaren Planeten untersucht werden.

June Wicks, Professor an der Johns Hopkins University, leitete die Forschung. Sie erläuterte, dass Magnesiumoxid eine wichtige Rolle im Abkühlungsprozess junger Super-Erden spielen könnte. Da dieses Mineral einen hohen Schmelzpunkt hat, würde es als erstes erstarren, wenn sich diese Planeten abkühlen und sich klare Kern- und Mantelschichten herausbilden.

Die Wissenschaftler nutzten Laser, um kleine Stücke Magnesiumoxid unter extrem hohem Druck zu setzen. Anschließend verwendeten sie Röntgenstrahlen, um die Veränderung der Atome im Material zu beobachten. Auf diese Weise konnten sie nachvollziehen, wie sich das Mineral von fest zu flüssig verwandelte.

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Neue Erkenntnisse: Dynamik individueller und kollektiver Überzeugungen

Die Studie zeigt, dass sich Magnesiumoxid in beiden seiner Formen bei Drücken zwischen 430 und 500 Gigapascal findet. Diese Drücke sind fast 600 Mal höher als die am Grund der Ozeane der Erde.

Die Forscher stellten fest, dass das Mineral Druck bis zu 600 Gigapascal aushält, bevor es schmilzt. Dies deutet darauf hin, dass Magnesiumoxid unter diesen Bedingungen wahrscheinlich fest bleibt, während andere Materialien im Erdmantel in den flüssigen Zustand übergehen.

Wicks betonte die Bedeutung dieses Minerals für junge Planeten. Es trägt zur Wärmeverteilung im Planeteninneren bei, was die Entstehung und Entwicklung des Planeten stark beeinflusst. Magnesiumoxid könnte zudem das Magnetfeld des Planeten, Vulkanausbrüche und weitere wichtige physikalische Eigenschaften prägen.

Ein Forscherteam aus verschiedenen Institutionen, darunter die Johns Hopkins University, das Lawrence Livermore National Laboratory und die University of Rochester, führte die Studie durch. Die National Nuclear Security Administration und das US-Energieministerium finanzierten die Forschung.

Diese Hochenergie-Laserexperimente liefern neue Erkenntnisse darüber, wie Magnesiumoxid unter extremen Bedingungen reagiert. Diese Forschung kann Wissenschaftlern helfen, bessere Modelle zur Untersuchung von Mineralien auf der Erde und anderen felsigen Planeten zu erstellen. Die Ergebnisse der Studie, die in Science Advances veröffentlicht wurden, zeigen die wertvollen Eigenschaften von Magnesiumoxid.