Железо в древнем глубоком магматическом океане исследовано с помощью сверхбыстрых фемтосекундных рентгеновских лазеров

Международная группа ученых, включая исследователей из Университета штата Аризона (ASU), экспериментально изучила поведение железа в силикатной магме при экстремальных условиях, соответствующих нижней мантии ранней Земли. Эксперименты, в ходе которых образцы подвергались давлению свыше 1 млн бар и температуре около 7000 °F (~3870 °C) с помощью мощных лазерных лучей, показали, что электроны в атомах железа переходят в состояние с низким спином, что делает атомы плотнее и стабильнее при высоком давлении. Это объясняет, почему в поздние стадии затвердевания магматического океана расплав мог становиться плотнее кристаллов и опускаться, формируя наблюдаемые сейсмическими методами плотные структуры на границе ядро-мантия.

Полученные данные имеют ключевое значение для понимания формирования химически неоднородных структур в нижней мантии современной Земли, которые могут быть остатками древнего магматического океана возрастом 4.5 млрд лет. Исследование, опубликованное в Science Advances под руководством профессора Дэна Шима из ASU, также проливает свет на процессы в магматических океанах суперземель — каменистых экзопланет большего размера.

«В наших экспериментах мы изучали событие, произошедшее 4.5 миллиарда лет назад, невероятно давно, 10¹⁷ секунд назад. Но чтобы понять это древнее событие, мы использовали лазерную ударную технику, которая создает очень высокое давление лишь на сверхмалую долю секунды», — отметил Дэн Шим. Результаты также предполагают, что уплотнение магмы может происходить в гораздо большей степени в магматических океанах суперземель, потенциально влияя на генерацию их магнитных полей.