Расплавленное ядро Земли подтекает изотопами тяжелого железа

Согласно данным ученых, которые проанализировали, как железо ведет себя на нашей планете, в расплавленном ядре Земли может быть утечка железа. Граница между жидким железным ядром и скалистой мантией расположена примерно в 1800 милях (2900 км) ниже поверхности Земли. При этом переходе температура падает более чем на тысячу градусов от более горячего ядра к холодной мантии.

Новое исследование предполагает, что более тяжелые изотопы железа мигрируют к более низким температурам – и в мантию – в то время как более легкие изотопы железа циркулируют обратно в ядро. (Изотопы одного и того же элемента имеют разное количество нейтронов, что дает им немного разные массы.) Этот эффект может привести к обогащению материала сердцевины, проникающего в самую нижнюю мантию, изотопами тяжелого железа.

“Если это так и есть, это поможет нам лучше понять взаимодействие ядра и мантии”, – сказал Чарльз Лешер, ведущий автор, заслуженный профессор геологии в Калифорнийском университете в Дэвисе и профессор петрологии систем Земли в Орхусском университете в Дании.

Утечка в ядре

По словам Лешера, понимание физических процессов, происходящих на границе ядро-мантия, важно для интерпретации сейсмических изображений глубокой мантии, а также для моделирования степени химического и термического переноса между глубиной Земли и поверхностью нашей планеты.

Лешер и его коллеги проанализировали, как изотопы железа перемещаются между областями с разными температурами во время экспериментов, проводимых при высокой температуре и давлении. Их результаты могут объяснить, почему в мантийных породах больше тяжелых изотопов железа, чем в хондритовых метеоритах – первичном материале ранней солнечной системы, сказал Лешер.

“Если это правда, результаты показывают, что железо из ядра просачивалось в мантию в течение миллиардов лет”, – сказал он.

Компьютерное моделирование, выполненное исследовательской группой, показывает, что этот материал ядра может даже достигать поверхности, смешиваться и транспортироваться горячими, восходящими мантийными шлейфами. Некоторые лавы, извергаемые в горячих точках океана, таких как Самоа и Гавайи, обогащены тяжелыми изотопами железа, которые, как предполагают Лешер и его команда, могут быть признаком протекающего ядра.

Исследование было опубликовано 6 апреля в журнале Nature Geoscience.