Земное ядро теряет тяжелые изотопы железа

Согласно исследованию, проведенному геологами из Орхусского университета и Калифорнийского университета в Дэвисе, расплавленное ядро Земли может утрачивать тяжелые изотопы железа.

Ядро Земли состоит преимущественно из никеля и железа и разделяется на расплавленное внешнее ядро толщиной около 2200 километров, переходную зону и твердое внутреннее ядро, радиус которого — примерно 1300 километров. На глубине около 2900 километров находится граница между внешним ядром и нижними слоями земной мантии (граница Вихерта — Гутенберга). При переходе этой границы от ядра к мантии температура скачкообразно падает примерно на тысячу градусов.

Новое исследование показывает, что тяжелые изотопы железа мигрируют в сторону более низкой температуры, попадая из ядра в мантию, тогда как более легкие изотопы железа движутся в противоположном направлении. Это приводит к тому, что нижняя часть мантии оказывается обогащенной тяжелыми изотопами железа. Ученые подтвердили такое предположение экспериментально, проследив, как ведут себя разные изотопы железа при высоких температуре и давлении. Компьютерное моделирование, выполненное учеными, показывает, что материал ядра может даже достигать земной поверхности, если попадает в горячие восходящие мантийные потоки, так называемые плюмы. Некоторые лавы, извергаемые в горячих точках океана, таких как Самоа и Гавайи, обогащены тяжелыми изотопами железа, что, как предполагают исследователи, связано с миграцией железа из ядра планеты.

«Если это верно, это поможет нам лучше понять взаимодействие ядра и мантии, — говорит руководитель исследования профессор Чарльз Лешер. — Понимание физических процессов, действующих на границе "ядро — мантия", важно для интерпретации сейсмических изображений глубокой мантии, а также для моделирования степени химического и термического переноса между глубинами Земли и поверхностью нашей планеты».

Работа была опубликована в журнале Nature Geoscience.