В недрах Земли на глубине 2900 км нашли возможный резервуар воды
Фраза «вода — это жизнь» справедлива не только для поверхности нашей планеты. Вода играет ключевую роль в смазке супермедленных движений мантии Земли, насыщая горные породы влагой и позволяя им пластично скользить друг относительно друга. Этот процесс критически важен для тектонического цикла, который регулирует земной климат и обеспечивает круговорот минералов и летучих соединений. Жидкая вода остается главным компонентом жизнепригодности Земли, однако механизмы ее удержания на многокилометровой глубине долго оставались загадкой.
Существуют разные гипотезы о том, как влага попала в мантию: ее могли занести астероиды на этапе формирования планеты, либо сухая мантия напиталась водой позже. Но где именно она хранится сейчас? Новое исследование, опубликованное в Nature Geoscience, предполагает, что колоссальные запасы скрыты у самой границы между мантией и жидким внешним ядром планеты. Именно там сейсмологи фиксируют загадочные «зоны ультранизких скоростей».
Алмазные тиски и экстремальная физика
Нижняя мантия простирается на глубине от 660 до 2900 километров. Ее основные минералы, такие как бриджменит и ферропериклаз, считаются сухими. Другие известные соединения, способные удерживать воду, либо нестабильны при экстремальных температурах, либо требуют уникального химического состава.
Чтобы найти разгадку, международная группа ученых воссоздала условия недр планеты в лаборатории. Исследователи использовали алмазные наковальни с лазерным нагревом — приборы, которые сжимают крошечные образцы вещества между двумя алмазными остриями толщиной с бумажный лист, одновременно раскаляя их лазерными лучами.
Физики идентифицировали два ранее неизвестных оксигидроксида железа (Fe5O12Hx и Fe7O12Hx), способных запирать в себе огромные объемы влаги.
Как отметил Альфред Уилсон из Лидсского университета (Великобритания), эти минералы стабильны, плотны и способны сохранять воду в широком диапазоне условий нижней мантии.
Рождение подземных гигантов
Важнейшее открытие заключалось в том, что новые соединения образовывались даже в условиях жесткого дефицита влаги — когда исходный материал содержал менее 0,1% воды. Недра Земли не похожи на гигантский подземный океан; вода там обязана быть частью кристаллической решетки минералов при полном отсутствии свободной жидкости. И открытые оксигидроксиды идеально подошли на эту роль.
Они оказались значительно плотнее окружающей мантийной породы. Это означает, что когда древний магматический океан остывал и кристаллизовался на заре истории Земли, эти водоносные минералы оседали на самое дно, стремясь к границе мантии и ядра. Однако этот резервуар не изолирован наглухо. Когда мантийные потоки увлекают породу вверх, падающее давление разрушает минералы, высвобождая воду. Через мантийные плюмы и вулканическую активность она в конце концов возвращается на поверхность.
Несмотря на открытие, картина круговорота пока остается неполной. Ученым еще предстоит точно рассчитать, сколько именно воды содержат эти структуры и как быстро она способна мигрировать к поверхности. Тем не менее обнаружение скрытых оксигидроксидов доказывает, что глобальный гидрологический цикл Земли простирается до самого края ее металлического ядра, объясняя, как планета сумела сохранить свои океаны на протяжении миллиардов лет.
