Лабораторные эксперименты и компьютерное моделирование показали, что тяжелые изотопы железа способны мигрировать из земного ядра в мантию, а затем выбрасываться на поверхность с вулканической лавой.
Земная мантия начинается на глубине около 30 километров и, достигнув примерно 2900 километров, переходит в железо-никелевое ядро планеты. Ни одна пробуренная скважина до сих пор не достигала мантии. Однако каменные метеориты из весьма распространенной группы хондритов — «строительный мусор», оставшийся со времен формирования Солнечной системы — аналогичны ей по составу. Это подтверждает и анализ лавы, поднятой с глубины вулканическими процессами.
С другой стороны, в хондритах обнаруживается куда меньше тяжелых изотопов железа, чем в некоторых вулканических породах; это несовпадение до сих пор оставалось загадкой. Кроме того, нижний 200-километровый слой мантии на границе с ядром демонстрирует аномальные сейсмические свойства. Объяснить эти странности удалось команде Чарльза Лешера (Charles Lesher), профессора Университета Аархуса в Дании.
В лаборатории они смоделировали условия перехода между нижней мантией и внешним ядром, включая высокое давление (до 2 ГПа) и градиент температуры, которая в ядре существенно выше (до 2100-2300 кельвинов). Обнаружилось, что в такой системе происходит разделение изотопов железа: более тяжелые атомы демонстрируют большую мобильность, они мигрируют в область пониженной температуры и давления — и накапливаются там. За миллиарды лет этот процесс легко мог привести к насыщению мантийного вещества тяжелым железом.
Кроме того, геологи провели компьютерное моделирование миграции тяжелого железа в более широких масштабах. Расчеты показали, что эти изотопы способны проникать не только в мантию, но и подниматься выше. Увлекаемые мантийными плюмами, они могут достигать земной коры и в итоге выбрасываться на поверхность вулканами в составе базальтовой лавы.