Геологи засекли "побег" тяжелого железа из ядра Земли

Причиной сейсмических аномалий, которые происходят на границе между ядром и мантией Земли, могут быть "утечки" тяжелых изотопов железа из ядра планеты в верхние слои ее литосферы. К такому выводу пришли ученые из Дании и США, статью которых опубликовал научный журнал Nature Geoscience.

"Если наши расчеты верны, то материя ядра постоянно просачивалась в верхние слои литосферы на протяжении многих миллиардов лет. Подобное открытие объясняет, почему в породах мантии значительно больше тяжелого железа, чем в астероидах-хондритах, которые состоят из первичной материи Солнечной системы", – рассказал один из авторов исследования, профессор Калифорнийского университета в Дэвисе (США) Чарльз Лешер.

Ядро Земли состоит из двух разнородных слоев – твердого металлического ядра в центре и внешнего слоя из жидкого железа и никеля. Этот расплав постоянно движется, результатом чего служит, в частности, магнитное поле Земли. Оно защищает жизнь на поверхности нашей планеты и ее атмосферу от космических лучей, вспышек на Солнце и других опасных космических явлений.

Последние наблюдения за структурой ядра Земли, а также математические модели его устройства указали на то, что внутри него может скрываться не два, а три отдельных слоя. Вдобавок, геологи обнаружили намеки на то, что ядро постоянно обменивается материей с мантией, вырабатывая своеобразные "пузыри" из железа, которые поднимаются из ядра в мантию.

Путешествие из центра Земли

Изучая недавно открытые сейсмические аномалии в так называемом D"-слое мантии, Лешер и его коллеги открыли еще одно свидетельство того, что материя ядра постоянно просачивается в нижние слои мантии Земли.

Так геологи называют двухсоткилометровый слой пород, который непосредственно соприкасается с ядром планеты. Несколько лет назад сейсмологи обнаружили в этой зоне небольшие области, в которых скорость движения сейсмических волн падала загадочным образом. Многие ученые предполагают, что эти аномалии связаны с "пузырями" из железа и другими не характерными для мантии породами, которые образовались в результате ее взаимодействий с ядром.

Авторы статьи проверили, так ли это на самом деле. Для этого они попытались воспроизвести процесс формирования подобных аномалий в своей лаборатории. Ученые создали специальную установку, которая воспроизводит условия на границе мантии и ядра Земли, поместили в нее цилиндры из железа, никеля и ряда других элементов, после чего сжали их до сверхвысоких давлений.

Эти опыты показали, что разные изотопы железа в подобных условиях вели себя неодинаково. Более легкие атомы чаще оставались внутри ядра, тогда как тяжелое железо-57 начинало подниматься в верхние слои расплава, в которых температура и давление были меньше.

Этот процесс, как показывают расчеты геологов, может продолжаться на протяжении многих сотен миллионов лет, пока пограничный слой не потеряет стабильность и не начнет подниматься вверх в виде так называемого плюма – сверхгорячего и быстрого вертикального потока магмы.

В некоторых случаях, как считают ученые, эти фрагменты материи ядра могут достигать поверхности Земли. Это, в частности, хорошо объяснило бы то, почему в лаве некоторых подводных вулканов у берегов Гавайских островов и архипелага Самоа необычно много тяжелого железа, подытожили авторы статьи.