Результаты лабораторных исследований и компьютерного моделирования свидетельствуют о возможности миграции тяжелых изотопов железа из ядра Земли в мантию, после чего они могут быть вынесены на поверхность вместе с вулканической лавой.
Земная мантия начинается на глубине приблизительно 30 километров и простирается до 2900 километров, после чего сменяется железо-никелевым ядром планеты. До настоящего времени ни одна пробуренная скважина не смогла достичь мантии. Каменные метеориты из распространенной группы хондритов — «строительный мусор», сохранившийся со времен формирования Солнечной системы — аналогичны ей по составу. Это подтверждает и анализ лавы, поднятой с глубины вулканическими процессами.
В отличие от этого, в хондритах зафиксировано значительно меньшее содержание тяжелых изотопов железа по сравнению с некоторыми вулканическими породами, что долгое время оставалось неразрешенной загадкой. Более того, нижний слой, толщиной 200 километров слой мантии на границе с ядром демонстрирует аномальные сейсмические свойства. Объяснить эти странности удалось команде Чарльза Лешера (Charles Lesher), профессора Университета Аархуса в Дании. Статья ученых опубликована в журнале Nature Geoscience.
В лабораторных условиях была воспроизведена среда, имитирующая границу между нижней мантией и внешним ядром, с высоким давлением (до 2 ГПа) и значительным градиентом температуры – в ядре она достигает 2100-2300 кельвинов. Результаты показали, что в подобных условиях происходит разделение изотопов железа: более тяжелые атомы проявляют повышенную подвижность, перемещаются в зоны с более низкой температурой и давлением и накапливаются там. На протяжении миллиардов лет этот механизм вполне мог вызвать накопление тяжелого железа в мантийном веществе.
Геологи также провели компьютерное моделирование для изучения более масштабной миграции тяжелого железа. Результаты расчетов свидетельствуют о том, что эти изотопы способны не только проникать в мантию, но и подниматься на большую высоту. Переносимые мантийными плюмами, они могут достигать земной коры и впоследствии извергаться на поверхность в составе базальтовой лавы.