Электронная тепловая ловушка захватывает глубины Земли

Исследователи из Геофизической лаборатории Института Карнеги смоделировали условия в нижней мантии Земли, на глубинах от 660 до 2900 км, и обнаружили, что концентрация высокоокисленного железа (Fe³⁺) в двух основных минералах мантии является ключевым фактором переноса тепла в этом регионе. Этот процесс теплопереноса влияет на движение вещества по всей планете. Также было установлено, что менее окисленное железо (Fe²⁺) оказывает гораздо меньшее влияние, чем предполагалось ранее. Результаты, опубликованные 13 ноября в журнале Nature, ставят под сомнение текущие модели динамики мантии.

Это открытие важно для понимания эволюции Земли, включая формирование атмосферы, вулканизм и землетрясения. Около 80% нижней мантии состоит из силикатного перовскита, содержащего железо, а остальное — ферропериклаз. Железо в этих минералах сильно влияет на свойства вещества при экстремальных давлениях (до 1.3 млн атмосфер) и температурах (от ~1540 до ~3700 °C).

«Наши результаты показывают, что теплопроводность в этой части Земли определяется количеством Fe³⁺ в мантии и процессом потери и приобретения электронов», — отметил соавтор Виктор Стружкин. Ученые использовали новую систему оптической спектроскопии, чтобы измерить, как минералы поглощают тепло в диапазоне от инфракрасного до ультрафиолетового излучения и как рассеивается энергия. Эти данные заставят пересмотреть модели мантийных плюмов и других динамических процессов в глубоких недрах планеты.