En internationell forskargrupp med Dr. Longjian Xie från det bayerska forskningsinstitutet för experimentell geokemi och geofysik (BGI) vid University of Bayreuth har för första gången lyckats mäta den viskositet som smälta fasta ämnen uppvisar under de tryck- och temperaturförhållanden som finns i nedre jordmanteln. De erhållna uppgifterna stöder antagandet att ett bridgemanitberikat bergskikt bildades under jordens tidiga historia på ett djup av cirka 1, 000 kilometer — vid gränsen till den övre manteln. Dessutom, uppgifterna ger också indikationer på att den nedre manteln innehåller större reservoarer av material som har sitt ursprung i ett tidigt magmahav och har förblivit oförändrade till denna dag. Forskarna har presenterat sina resultat i den vetenskapliga tidskriften Naturkommunikation .

För viskositetsmätningar, forskarna använde ett värmeelement som de utvecklade, baserad på en bordopad och därför elektriskt ledande diamant. Till exempel, de kunde undersöka materialprover i en press med flera städ vid tryck på upp till 30 giga-pascal och vid temperaturer på nästan 3, 000 grader Celsius—dvs. under förhållanden liknande de som rådde i den nedre manteln på den tidiga jorden. Proverna valdes ut för en sammansättning som liknar de viktigaste mineralerna i den nedre manteln. Med en supersnabb kamera (1000 bilder/sekund), de smältningsprocesser som äger rum i multi-städpressen observerades, och viskositeten hos det smälta materialet mättes.

De erhållna uppgifterna visade sig vara särskilt avslöjande när det gäller magmahavet, från vilken jordens mantel bildades under loppet av jordens historia. Baserat på deras viskositetsmätningar, forskarna kunde visa att magmahavets kristallisering till stor del var beroende av trycknivån. Detta resulterade i en så kallad fraktionerad kristallisation på ett djup av cirka 1, 000 kilometer. "Våra mätdata stödjer antagandet att ett bergskikt som innehåller en hög andel av mineralet bridgemanit bildades på detta djup på grund av kristallisationsprocesser. Detta lager kan vara ansvarigt för den höga viskositet som observerats på detta djup i tidigare geofysiska undersökningar, " förklarar Dr Longjian Xie, en postdoktorand forskare vid BGI och huvudförfattare till den nu publicerade studien. De andra medlemmarna i det internationella författarteamet arbetar i Japan, vid Okayama University och elektronsynkrotronen Spring-8, och i Frankrike vid Université Clermont Auvergne och synkrotronen SOLEIL i Saint Aubin.