У надрах Землі могло ховатися ціле море: як глибинна мантія зберегла воду планети
Земля могла не втратити свою воду в перші, найбурхливіші моменти існування — вона просто сховала її глибоко під поверхнею. Нові експерименти вчених показують: гаряча кам’яниста мантія планети на зорі її історії могла утримувати в мінералах об’єм води, співмірний з цілим океаном. Це відкриття змінює уявлення про походження земних океанів і довготривалу придатність планети до життя.
Куди зникла вода молодої Землі?
У перші мільйони років після формування Земля була зовсім не схожа на сьогоднішню «блакитну кулю». Часті зіткнення з астероїдами й протопланетами перетворили її поверхню на гігантський океан магми. За таких умов будь-яка вода на поверхні просто випаровувалася б у космос. Це давно породжувало запитання: звідки ж тоді взялися океани, які існують уже мільярди років?
Відповідь, схоже, прихована значно глибше — у нижній мантії Землі, на сотнях і тисячах кілометрів під нашими ногами.
Мантія як сховище давньої води
Команда геохіміків під керівництвом професора Ду Чжисюе з Інституту геохімії Гуанчжоу відтворила умови, що панують у глибинах мантії. Вчені з’ясували: за надвисоких температур вода охоче «вбудовується» у кристалічну структуру бріджманіту — найпоширенішого мінералу нижньої мантії.
Раніше вважалося, що цей мінерал майже не здатний утримувати воду, а тому глибинна мантія є практично сухою. Нові експерименти показали протилежне: чим вища температура, тим більше води поглинає бріджманіт.
Як відтворили надра планети
Щоб зазирнути у глибини Землі, дослідники використали алмазну ковадлу — пристрій, який стискає зразки до тисків, характерних для глибин мантії. Потім їх нагрівали лазерами до температур понад 4 000 градусів Цельсія — приблизно таких, які панували під час існування магматичного океану.
Після охолодження вчені застосували надточні методи аналізу, зокрема мас-спектрометрію та атомну томографію. Це дозволило буквально «побачити», де саме в кристалах перебуває водень. Виявилося, що вода не утворює окремих бульбашок, а стає частиною самої структури мінералу.
Океан під континентами
Моделювання показало: у період кристалізації магматичного океану нижня мантія могла утримати від 0,08 до одного повного океану води. У деяких сценаріях це в п’ятсот разів більше, ніж дозволяли попередні моделі. Фактично глибока мантія могла стати найбільшим резервуаром води на планеті — більшим за верхні шари мантії та так звану перехідну зону.
Вода як рушій тектоніки й життя
Вода в гірських породах знижує їхню твердість і температуру плавлення. Це полегшує рух мантійних мас і сприяє запуску тектоніки плит — процесу, без якого Земля навряд чи стала б придатною для життя. З часом ця вода могла повертатися на поверхню через вулканізм, підтримуючи стабільний рівень океанів. Таким чином глибинний водний резервуар міг стати «страховкою» для клімату планети на мільярди років.
Не лише про Землю
Відкриття має значення й для пошуків життя за межами Сонячної системи. Якщо мінерали здатні зберігати воду за високих температур, то кам’янисті екзопланети — навіть ті, що виглядають «сухими» ззовні — можуть приховувати величезні внутрішні запаси води. Це означає, що поверхнева відсутність океанів не обов’язково робить планету безнадійно мертвою.
Земля була вологішою, ніж ми думали
Дослідження не стверджує, що сьогоднішня нижня мантія переповнена водою. Але воно переконливо показує: у минулому Земля була значно «вологішою» всередині, ніж припускали вчені десятиліттями. І саме ця прихована вода могла зіграти ключову роль у формуванні стабільної, придатної для життя планети, яку ми знаємо сьогодні.
Дослідження опубліковане в журналі Science.