По современным представлениям, мантия Земли представляет собой геосферу между ядром и корой на глубинах 30-2900 километров от поверхности. Условно эта часть планеты подразделяется на верхнюю и нижнюю, при этом на глубине 410-670 километров находится переходная зона (mantle transition zone, MTZ) - слой Голицына. Прошлые работы показали, что, в отличие от других участков, в MTZ может находиться жидкая вода.
Однако, поскольку мантия остается недостижимой для прямого изучения (к настоящему времени удалось достичь глубины в 12 262 метра), уточнение показателя по-прежнему ограничено.
Чтобы восполнить пробел, сотрудники Университета Окаяма, Байройтском университета и других учреждений провели эксперимент. При формулировке гипотезы они опирались на критерий вязкости, которая может определяться по неравномерному распределению силы тяжести в различных районах планеты и распространению сейсмических волн. Известно, что по мере удаления от MTZ и приближения к нижней мантии вязкость вещества значительно увеличивается. Сравнение вязкости рингвудита и бриджманита – основных минералов переходной зоны и нижней мантии соответственно – с учетом данных о гравитации и показателей после голоцена может допоиты оценить объем воды земной мантии.
Также, согласно предыдущим исследованиям, пластическая деформация горных пород, образованных из вещества нижних слоев мантии, происходит по типу дислокации, а не диффузии. Исходя из мобильности линейных дефектов в кристаллической решетке минералов, авторы могли оценить их вязкость. Для этого они синтезировали 30-1000-микрометровые монокристаллы рингвудиту (с различным содержанием воды) и бриджманита, после чего при температуре +1726 градусов Цельсия деформировали их с помощью пятитонного пресса. В течение четырех часов в системе поддерживалось давление 22-25 гигапаскаля, затем – для возникновения дислокаций – 30 минут при 0,1 гигапаскаля.
Результаты показали, что при концентрации воды в 1-2 процента вязкость искусственного рингвудиту аналогичная показателю, характерному для MTZ. По мнению исследователей, для температурного диапазона, который, вероятно, наблюдается в переходной зоне мантии, предельное содержание жидкости в минерале может составлять 0,8-1,5 процента в зависимости от глубины. Таким образом, авторы пришли к выводу, что объем воды в слое Голицына, вероятно, является максимальным (особенно ближе к нижней мантии) и сравнили с показателем Мирового океана – около 1340000000 кубических километров. В пользу гипотезы говорит и эффект затухания сейсмических волн в MTZ.