Существует ли темная магма в глубинах Земли?

Ключ к пониманию эволюции Земли лежит в изучении нижней мантии — региона на глубине от 660 до 2900 км, прямо над ядром. Данные указывали, что над границей ядро–мантия могут существовать глубокие, горячие и текучие магматические океаны из расплавленных силикатов. Исследователи, включая Алекса Гончарова из Института Карнеги, в ходе высокотемпературных экспериментов с аналоговым материалом обнаружили, что с ростом давления глубинные материалы Земли проводят тепло гораздо хуже, чем считалось ранее. Этот результат противоречит данным для самого распространенного в этой области теплопроводящего вещества — силикатного перовскита — и указывает на наличие плотных, темных магматических ловушек тепла, которые могут влиять на тепловой поток через границу ядро–мантия.

Поскольку напрямую отобрать пробы из недр Земли невозможно, ученые изучают распространение сейсмических волн. Обнаружение аномально низких скоростей волн намекает на существование плотного расплавленного силиката у границы ядро–мантия. Однако прямо измерить теплопроводность этого материала технически не удавалось. Команда под руководством Мотохико Мураками из Университета Тохоку изучила два типа силикатного стекла (аналогового материала) под давлением до 840 000 атмосфер, имитируя условия на границе ядро–мантия.

«Мы были совершенно удивлены, обнаружив, что радиационная теплопроводность уменьшается с давлением для обоих стекол, — отметил Гончаров. — Это контрастирует с поведением другого основного компонента нижней мантии, перовскита. Скорость переноса тепла для стекла примерно в 5–25 раз меньше, чем у силикатного перовскита. Такая разница сильно повлияет на тепловой поток у границы ядро–мантия и может привести к образованию глубоких темных магм с высокой теплоемкостью, которые будут улавливать тепло от ядра и способствовать формированию крупных тепловых потоков — суперплюмов».

Исследование опубликовано в выпуске журнала Nature Communications от 11 ноября 2014 года.