Новое исследование предполагает, что нижняя мантия Земли пронизана металлическими каплями

Исследователи из Йельского университета обнаружили, что расплавленное железо способно особым образом проникать в образцы горных пород при определенных условиях. Геофизик Шун-Ичиро Карато и студент Кадзухико Оцука установили, что при контакте расплавленного железа с кристаллами оксида магния-железа под высоким давлением и температурой внутри кристаллов образуются металлические капли. Это позволяет предположить, что нижняя мантия Земли может состоять из аналогичного материала, богатого металлом. Свои выводы они представили в совместной статье, опубликованной в журнале Nature.

Земля, как известно, состоит из трех основных частей: коры, мантии и ядра. Состав мантии и ядра изучается с помощью сейсмических волн и изменений электрических сигналов при прохождении через разные слои. Предыдущие исследования привели ученых к выводу, что нижняя часть мантии обогащена железом из ядра. Однако простой диффузии или другим известным процессам инфильтрации было бы недостаточно для объяснения наблюдаемого количества металла. Новое исследование предлагает ранее неизвестный механизм.

Ученые создали среду с высоким давлением и температурой, где образцы расплавленного железа контактировали с кристаллами оксида магния-железа. Уже через несколько минут они заметили, что богатые железом жидкие капли начали проникать внутрь кристаллов. В лабораторных условиях проникновение составило всего 100 микрометров, но исследователи предполагают, что в гораздо более крупном масштабе, например, на границе ядра и мантии Земли, такое проникновение могло достигать 100 километров. Это объясняет, почему в нижней мантии, по-видимому, так много железа. Формирование капель, по их мнению, вызвано нестабильностью в градиенте концентрации оксида железа в кристалле.

Это открытие также может помочь объяснить наличие плотных слоев, наблюдаемых на других планетах. Однако, поскольку оксид магния-железа довольно редок в мантии Земли, новые исследования будут сосредоточены на поиске других минералов, которые ведут себя аналогичным образом при контакте с расплавленным железом.