Внутри Земли может находиться древний резервуар воды
Часть воды, которая могла сохраниться еще со времен формирования Земли, возможно, до сих пор находится глубоко внутри планеты. К такому выводу пришла международная группа ученых, изучившая соединения железа, способные удерживать водород в экстремальных условиях земных недр. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Geoscience.
Исследователи из Университета Байройта синтезировали два соединения — Fe₅O₁₂Hₓ и Fe₇O₁₂Hₓ. По мнению ученых, они стали первыми реалистичными кандидатами на роль минералов, способных сохранять значительные количества воды на большой глубине.
Чтобы проверить, могут ли такие вещества существовать внутри Земли, ученые воссоздали условия, характерные для глубин планеты. Для экспериментов использовали алмазные наковальни: крошечные образцы сжимали между двумя алмазами, а затем нагревали лазерами. Давление достигало 78–198 гигапаскалей, а температура — 2400 — 2800 кельвинов, то есть примерно 2500 градусов Цельсия.
После этого с помощью синхротронного рентгеновского излучения исследователи определили химический состав и кристаллическую структуру образовавшихся веществ. Оказалось, что новые соединения формируются даже в образцах, где изначально практически не было воды.
«По-видимому, даже очень небольшого количества водорода достаточно для стабилизации этих сильно гидратированных соединений железа», — отметил профессор Леонид Дубровинский из Баварского научно-исследовательского института экспериментальной геохимии и геофизики Университета Байройта.
Одним из возможных мест, где могла сохраниться древняя вода, ученые считают область вблизи границы ядра и мантии. На ранних этапах существования Земли здесь мог находиться базальный магматический океан. По мере его охлаждения оставшийся расплав должен был становиться все более богатым железом и водой — компонентами, необходимыми для формирования обнаруженных соединений.
При этом минералы могут удерживать не только воду, которая сохранилась с момента формирования планеты. По мнению исследователей, они способны накапливать воду, поступающую на большие глубины вместе с погружающимися тектоническими плитами.
Высокая плотность новых соединений может способствовать тому, что они остаются в районе границы ядра и мантии и удерживают воду на протяжении геологических периодов. Особенно интересным ученые считают Fe₅O₁₂Hₓ: расчеты показывают, что даже содержание этого минерала примерно на уровне 1% в мантии потенциально может быть достаточным для хранения значительной доли предполагаемого общего количества водорода в силикатной оболочке Земли. При этом равномерного распределения минерала по мантии исследователи не ожидают — он может концентрироваться в отдельных областях.
Открытие может иметь значение не только для понимания круговорота воды внутри Земли, но и для изучения сейсмической активности и вулканизма. В ходе экспериментов образование оксигидроксидов приводило к тому, что железо извлекалось из окружающих силикатных минералов. Из-за этого могли изменяться границы между различными минералами мантии, что потенциально помогает объяснить некоторые необычные сейсмические сигналы в районе границы ядра и мантии.
Ученые также предполагают, что богатые водой скопления таких минералов могут влиять на движение мантийных плюмов — восходящих потоков горячего вещества из глубин Земли. Если оксигидроксиды при нагревании со стороны ядра начинают плавиться раньше окружающих силикатов, они могут высвобождать накопленную воду и другие летучие вещества. Эти компоненты способны попадать в поднимающиеся расплавы и в конечном итоге связывать процессы, происходящие на глубине тысяч километров, с вулканической активностью на поверхности планеты.
Ранее мы рассказывали о том, что на Луне обнаружили следы потоков жидкой воды, хотя условия на спутнике, казалось бы, делают их существование невозможным.