Эксперименты в лабораториях и вычисления на компьютере подтвердили, что тяжёлые изотопы железа могут перемещаться из ядра Земли в мантию, а оттуда попадать на поверхность вместе с вулканической лавой.
Мантия Земли начинается на глубине примерно 30 километров и, протягиваясь до около 2900 километров, переходит в железно-никелевое ядро планеты. Ни одна из пробуренных скважин не достигла мантии. Впрочем, каменные метеориты хондритовой группы — «строительный мусор», оставшийся со времен формирования Солнечной системы — аналогичныСоставом свидетельствует о происхождении изнутри планеты. Такое же заключение даёт анализ лавы, вынесенной на поверхность вулканами.
С другой стороны, в хондритах значительно меньше тяжелых изотопов железа, чем во некоторых вулканических породах. Это расхождение продолжало оставаться загадкой. Кроме того, нижний слой толщиной 200 километров… слой мантииНа границе с ядром наблюдаются аномальные сейсмические свойства. Понять природу этих особенностей помогла команда Чарльза Лешера, профессора Университета Аархуса в Дании. Статья ученых опубликована в журнале Nature Geoscience.
В лаборатории смоделировали условия перехода между нижней мантией и внешним ядром, включая высокое давление (до 2 ГПа) и градиент температуры, который в ядре существенно выше (до 2100-2300 кельвинов). Выяснилось, что в такой системе происходит разделение изотопов железа: более тяжелые атомы демонстрируют большую мобильность, мигрируют в область пониженной температуры и давления — и накапливаются там. За миллиарды лет этот процесс мог привести к насыщению мантийного вещества тяжелым железом.
Г еологи выполнили компьютерное моделирование миграции тяжелого железа в более широких масштабах. Расчеты показали, что изотопы способны проникать не только в мантию, но и подниматься выше. Увлекаемые мантийными плюмами, они могут достигать земной коры и выбрасываться на поверхность вулканами в составе базальтовой лавы.