Разница в изотопном составе железа магматических пород Земли и ряда небесных тел Солнечной системы сложилась при формировании ядра Земли в условиях сверхвысоких давлений на ранних этапах развития планеты, считает российский ученый Вениамин Поляков.

"Метод, описанный в моей статье, позволяет исследовать изотопные эффекты железа при сверхвысоких давлениях. Тем самым открываются новые возможности для изучения химических превращений, проходящих в недрах Земли вплоть до границы ядра и мантии. Это и является с моей точки зрения главным результатом этой работы", - сообщил Поляков. Обогащение земных пород тяжелыми изотопами железа до сих пор ученые объясняли теорией гигантского столкновением Земли с другим большим небесным телом размером с Марс или даже больше, которое состоялось в далеком прошлом, пишет sunhome

Это столкновение выбило большое количество земного вещества, впоследствии оформившееся в спутник земли - Луну. Огромная энергия этого столкновения привела к испарению некоторой части земной материи в космическое пространство, в ходе которого лучше испарялись легкие изотопы элементов. Огромные давления на границе ядра и мантии Земли, в соответствии с выводами российского ученого, изменили химические свойства минералов таким образом, что силикатные породы нижних слоев мантии, прилежащих к ядру, обогащаются тяжелыми изотопами железа, а железное ядро - легкими. При низких давлениях этот процесс идет в обратном направлении. Поэтому в обнаруживаемых учеными метеоритах, никогда не находившихся в условиях сверхвысоких давлений, обогащения силикатных пород тяжёлыми изотопами не наблюдается.

По этой же причине не обогащены тяжёлым изотопом железа и силикатные магматические породы марсианского происхождения - давления в недрах этой легкой планеты сравнительно невелики. Масса Марса составляет около 11% от массы Земли. Работы по изучению равновесного распределения изотопов железа между различными минералами Поляков начал еще в середине 90-х годов прошлого века, когда он впервые теоретически обосновал связь между равновесным фракционированием изотопов в земных минералах и температурным сдвигом в спектрах Мёссбауэра. На этой основе, была найдена зависимость между степенью окисления железа в химических природных соединениях и степенью их обогащения тяжелыми изотопами железа.

Зависимость изотопного состава от окислительного состояния не только подтвердилась дальнейшими многочисленными экспериментальными исследованиями, но и оказалась справедливой для распределения изотопов других переходных металлов. Новая работа ученого, работающего в Институте экспериментальной минералогии в подмосковном наукограде Черноголовка, посвящена этим же процессам перераспределения изотопов железа, однако в условиях огромных давлений, близких к условиям в границы мантии и ядра Земли. Разработанный им метод расчета изотопных эффектов для этих условий использует экспериментальные данные о колебательных спектрах железа при высоких давлениях. Такие спектры были впервые полученных американскими учеными при одновременном использовании синхротронной гамма-резонансной спектроскопии и техники алмазных наковален.

Расчеты Полякова, основанные на этих данных показали, что изменение химических свойств железа при давлениях порядка 100 гигаПаскалей приводит к обогащению тяжелым изотопом железосодержащих минералов нижней мантии - ферропериклаза и постперовскита, находящихся в непосредственном контакте с ядром Земли.

E-NEWS