Новая картина на границе ядра и мантии Земли

Исследователи из Калифорнийского технологического института (Caltech), используя алмазную наковальню для воссоздания высоких давлений в недрах Земли, обнаружили необычные свойства в богатом железом оксиде магния и железа. Это может объяснить существование нескольких зон сверхнизких скоростей (ULVZ) на границе ядра и мантии. Работа опубликована в Geophysical Research Letters (GRL).

Зоны ULVZ, впервые обнаруженные в начале 1990-х, располагаются на глубине около 2900 км и характеризуются замедлением сейсмических волн до 30%. Ранее считалось, что эти зоны могут быть участками частично расплавленных пород. Однако новое исследование предполагает, что многие ULVZ, вероятно, являются полностью твердыми, но состоящими из особого типа породы с уникальными свойствами.

Ученые изучили свойства богатого железом оксида (Mg,Fe)O, аналогичного минералу периклазу. С помощью алмазной наковальни образцы были сжаты до давления 121 ГПа (что соответствует глубине ~2700 км), а затем исследованы с помощью рентгеновских лучей. Оказалось, что при давлениях около 28 ГПа скорость звука в этом минерале неожиданно падает примерно на 10%, оставаясь низкой даже при экстремальных давлениях. Исследователи связывают это с магнитными переходами, которые делают оксид железа высокосжимаемым, подобно «маслу между кирпичами».

«Наличие богатых железом участков периклаза на границе ядра и мантии не только влияет на тепловую и химическую эволюцию недр Земли, но и может быть ключом к пониманию её прошлого», — говорит соавтор работы Дженнифер Джексон. Эти зоны могут быть реликтами масштабных процессов плавления миллиарды лет назад и способствовать динамическому взаимодействию между ядром и мантией, влияя на распространение магнитного поля планеты.