Внутри Земли, на глубине от 660 до 2900 километров, лежит слой, который называют нижней мантией. Там давление достигает 1,3 миллиона атмосфер, а температура — как на поверхности Солнца. В этих условиях существует минерал давемоит, третий по распространённости в нижней мантии. Он составляет около четверти объёма океанической коры, которая медленно погружается в недра планеты.
Кристаллическая решётка давемоита похожа на крошечную железнодорожную стрелку. При низкой температуре она искажена: одна ось длиннее остальных, как если бы стрелка была согнута. При нагреве решётка выпрямляется и становится кубической, симметричной. Это не просто геометрия. Когда стрелка переключается, сейсмические волны, проходящие через минерал, меняют маршрут и скорость.
Раньше считалось, что переключение происходит при температуре около 600 кельвинов. Но новые эксперименты показали: для чистого давемоита переход наступает лишь при 1470–1990 кельвинах, в зависимости от давления. Это на 500–1000 градусов выше прежних оценок. А если в минерале есть титан, стрелка держится ещё крепче: температура перехода повышается на 600–700 градусов. В холодной океанической плите давемоит может оставаться искажённым до глубины более 2000 километров.
Эксперимент проводили в ячейке с алмазными наковальнями: образец сжимали между двумя алмазами и нагревали лазером с двух сторон. Температуру измеряли по излучению, давление — по сжатию золотой фольги. Рентгеновская дифракция на синхротроне позволяла видеть, как меняется расстояние между атомами. Переход фиксировали по резкому изменению ширины дифракционного пика.
Так термостат на глубине 2000 километров переключает стрелку в кристаллической решётке давемоита. Теперь геофизики знают, при какой температуре это происходит, и могут точнее читать сейсмические карты мантии. Загадка, которая десятилетиями вызывала споры между экспериментаторами и теоретиками, наконец решена.
Давемоит был официально признан минералом только в 2021 году, хотя его существование в нижней мантии предполагали десятилетиями. Название дано в честь геофизика Хо-Кванга (Дэвида) Мао, который внёс огромный вклад в изучение минералов при высоких давлениях.