Литосфера Земли состоит из трех основных слоев — земной коры, мантии и ядра. В составе мантии ученые выделяют две части — верхнюю и нижнюю. Изучение ядра и слоев мантии «напрямую» невозможно на практике из-за большой глубины, на которой залегают их породы. Поэтому ученые исследуют свойства недр Земли, наблюдая за землетрясениями или лабораторными экспериментами при сверхвысоком давлении и температуре.

Кацухико Оцука (Kazuhiko Otsuka) и его коллега Шунихиро Карато (Shun-ichiro Karato) из Йельского университета (США) выяснили, что граница между мантией и ядром может быть заполнена железными «каплями», изучив взаимодействие минералов этих слоев литосферы в лаборатории.

Как объясняют геологи, внешняя часть ядра практически полностью состоит из жидкого расплава железа с вкраплениями кислорода и серы. С другой стороны, нижняя половина мантии состоит из смеси двух минералов — перовскита и ферропериклаза, составленных из атомов магния, железа, кислорода и кремния.

Оцука и Карато вырастили несколько кристаллов ферропериклаза и проверили, как они будут взаимодействовать с жидким расплавом железа при сверхвысоком давлении. Для этого ученые поместили кристаллы и расплав в алмазный пресс и проследили за процессами, которые происходили при сжатии «мантии» и «ядра».

Оказалось, что разный химический состав ферропериклаза и материи «ядра» приводил к появлению постоянных нестабильностей на границе между кристаллом мантии и расплавом ядра. Благодаря этому капли расплава в некоторых точках достаточно глубоко проникали внутрь кристалла, на глубину до 100 микрометров. В результате этого граница между слоями «литосферы» напоминала по своей структуре минеральную «булку с изюмом», что противоречит общепринятым представлениям об устройстве недр Земли.

По словам ученых, в реальной мантии Земли подобные «пузыри» из расплавленного железа могут проникать на глубину в 50-100 километров от поверхности ядра. Как считают Оцука и Карато, добавление железных капель к перовскиту и ферропериклазу может объяснить то, почему результаты геологических моделей и данные наблюдений редко сходятся.