Een internationale onderzoeksgroep met Dr. Longjian Xie van het Beierse Onderzoeksinstituut voor Experimentele Geochemie &Geofysica (BGI) van de Universiteit van Bayreuth is er voor het eerst in geslaagd de viscositeit te meten die gesmolten vaste stoffen vertonen onder de druk- en temperatuuromstandigheden in de onderste aardmantel. De verkregen gegevens ondersteunen de veronderstelling dat een met bridgmaniet verrijkte gesteentelaag werd gevormd tijdens de vroege geschiedenis van de aarde op een diepte van ongeveer 1, 000 kilometer - op de grens naar de bovenmantel. In aanvulling, de gegevens geven ook aanwijzingen dat de onderste mantel grotere reservoirs van materialen bevat die hun oorsprong vonden in een vroege magma-oceaan en tot op de dag van vandaag onveranderd zijn gebleven. De onderzoekers hebben hun bevindingen gepresenteerd in het wetenschappelijke tijdschrift Natuurcommunicatie .

Voor de viscositeitsmetingen, de wetenschappers gebruikten een verwarmingselement dat ze ontwikkelden, op basis van een met borium gedoteerde en dus elektrisch geleidende diamant. Bijvoorbeeld, ze konden materiaalmonsters onderzoeken in een multi-aambeeldpers bij drukken tot 30 giga-pascal en bij temperaturen van bijna 3, 000 graden Celsius, d.w.z. onder omstandigheden die vergelijkbaar zijn met die in de lagere mantel van de vroege aarde. De monsters werden geselecteerd op samenstelling vergelijkbaar met de belangrijkste mineralen in de onderste mantel. Met behulp van een supersnelle camera (1000 frames/seconde), de smeltprocessen die plaatsvinden in de meeraambeeldpers werden waargenomen, en de viscositeit van het gesmolten materiaal werd gemeten.

De verkregen gegevens bleken bijzonder onthullend te zijn met betrekking tot de magma-oceaan, waaruit de aardmantel is gevormd in de loop van de geschiedenis van de aarde. Op basis van hun viscositeitsmetingen, de onderzoekers konden aantonen dat de kristallisatie van de magma-oceaan grotendeels afhankelijk was van het drukniveau. Dit resulteerde in een zogenaamde fractionele kristallisatie op een diepte van ongeveer 1, 000 kilometer. "Onze meetgegevens ondersteunen de aanname dat er op deze diepte een gesteentelaag is gevormd die een groot deel van het mineraal bridgmaniet bevat als gevolg van kristallisatieprocessen. Deze laag zou verantwoordelijk kunnen zijn voor de hoge viscositeit die op deze diepte werd waargenomen in eerdere geofysische onderzoeken, " legt Dr. Longjian Xie uit, een postdoctoraal onderzoeker bij BGI en hoofdauteur van de nu gepubliceerde studie. De andere leden van het internationale team van auteurs werken in Japan, aan de Okayama University en de elektronensynchrotron Spring-8, en in Frankrijk aan de Université Clermont Auvergne en de synchrotron SOLEIL in Saint Aubin.