В начале истории Земли планета была избита планетезималями, которые могли создать океаны из расплавленной породы, погруженные на сотни километров вглубь мантии. Ученые подозревали, что сильное давление в таких магматических океанах заставляло кислородосодержащее железо делиться на два вида железа: обогащенное кислородом (трехвалентное железо), и не содержащее кислорода (металлическое железо). Тяжелое металлическое железо утонуло бы в ядре Земли, в результате чего в мантии доминировало более богатое кислородом трехвалентное железо.
Чтобы проверить эту идею, геохимики из Университета Байройта в Германии провели лабораторные эксперименты, которые моделировали условия на глубине около 600 километров внутри магматического океана. Нагревая материал синтетической мантии до тысяч градусов Цельсия, исследователи использовали наковальни, чтобы раздавливать расплавленные образцы под давлением более 20 гигапаскалей.
«Это эквивалентно размещению всей массы Эйфелевой башни на объекте размером с мяч для гольфа», — говорит Кэтрин Армстронг, сейчас работающая в Калифорнийском университете в Дэвисе.
Армстронг и ее коллеги измерили количество двухвалентного и трехвалентного железа в образцах до и после воздействия этих экстремальных условий. Независимо от того, сколько двухвалентного железа изначально находилось в породе, при самых высоких давлениях 96 процентов железа в конечном продукте составляло богатое кислородом трехвалентное железо.
Армстронг объясняет, что это открытие указывает на то, что в глубине магматического океана трехвалентное железо более устойчиво. Любое двухвалентное железо на этих глубинах могло бы распасться на трехвалентное железо, выделяя металлическое железо, которое могло бы опуститься до ядра.