Тяжелые изотопы железа просачиваются из земного ядра

Расплавленное ядро Земли может терять железо, что показали исследователи, проанализировавшие поведение железа в недрах планеты. Граница между жидким железным ядром и силикатной мантией находится примерно в 2900 км под поверхностью. В этой переходной зоне температура падает более чем на тысячу градусов от горячего ядра к более холодной мантии.

Новое исследование предполагает, что более тяжелые изотопы железа мигрируют в сторону более низких температур — то есть в мантию, — тогда как более легкие изотопы циркулируют обратно в ядро. Этот эффект может приводить к обогащению материала ядра, проникающего в самую нижнюю часть мантии, тяжелыми изотопами железа.

Если это подтвердится, это позволит улучшить наше понимание взаимодействия ядра и мантии, отметил ведущий автор Чарльз Лешер. Понимание физических процессов на границе ядро-мантия важно для интерпретации сейсмических изображений глубинной мантии и моделирования масштабов химического и теплового переноса между недрами Земли и её поверхностью.

Лешер и его коллеги в ходе экспериментов при высоких температуре и давлении проанализировали, как изотопы железа перемещаются между областями с разной температурой. Их результаты могут объяснить, почему в породах мантии содержится больше тяжелых изотопов железа, чем в хондритовых метеоритах — первичном материале ранней Солнечной системы. Если это так, то результаты указывают, что железо из ядра просачивалось в мантию в течение миллиардов лет.

Компьютерное моделирование, проведенное командой, показывает, что этот материал ядра может достигать даже поверхности, будучи перемешанным и транспортированным горячими восходящими мантийными плюмами. Некоторые лавы, извергающиеся в океанических горячих точках, таких как Самоа и Гавайи, обогащены тяжелыми изотопами железа, что, по мнению Лешера и его команды, может быть признаком «протекающего» ядра. Исследование было опубликовано 6 апреля в журнале Nature Geoscience.