Вода, без якої неможливе життя на Землі, могла з’явитися на поверхні нашої планети зовсім не так, як вважалося раніше. Нові наукові дані свідчать: значна частина земної води з самого початку була «захована» глибоко всередині планети — і лише згодом поступово виходила назовні.
Океани могли народитися в надрах Землі
Дослідження показують, що під час охолодження молодої Землі кількість води, співмірна з об’ємом сучасних океанів, могла бути поглинута внутрішніми шарами планети. Це ставить під сумнів традиційне уявлення, ніби вода майже одразу піднялася на поверхню та сформувала моря й океани.
Команда геохіміків під керівництвом доктора Веньхуа Лу з Китайської академії наук відтворила умови ранньої Землі в лабораторії та простежила, як вода поводилася між розплавленою породою та твердими мінералами.
Земля після «океану магми»
Мільярди років тому наша планета була розжареною кулею, вкрита глобальним океаном магми. У міру того як Земля повільно остигала, з розплавленої маси починали формуватися перші кристали мінералів. Саме тоді вода мусила «вирішити», де їй залишитися: у рідкому розплаві чи всередині новоутворених кристалічних структур.
Раніше більшість моделей припускали, що вода здебільшого піднімалася вгору, а глибокі шари планети залишалися майже сухими. Нові експерименти показують іншу картину.
Як мінерали ховають воду
Вчені відтворили екстремальні умови глибин Землі, стискаючи крихітні зразки між алмазними наковальнями та нагріваючи їх лазерами до температур ранньої мантії. За таких умов утворювався бриджманіт — найпоширеніший мінерал нижньої мантії.
Виявилося, що вода не зберігається там у вигляді рідини. Натомість атоми водню «вбудовуються» в кристалічну решітку мінералу, зв’язуючись з киснем. Так вода стає частиною твердої породи.
Порівнявши кількість води в кристалах і в розплаві, дослідники з’ясували: на ранніх етапах охолодження Землі значна частина води могла залишитися глибоко під поверхнею — ще до появи перших океанів.
Температура вирішує все
Ключовим фактором виявилася температура. Чим вищою вона була, тим активніше вода переходила в бриджманіт. За високих температур у кристалах з’являється більше «порожніх місць», куди легко вбудовується водень.
Коли ж планета поступово охолоджувалася, здатність мінералів утримувати воду зменшувалася. Це відкривало шлях для повільного повернення води на поверхню — через підйом гарячих порід, плавлення та вулканізм. Отже, замість одномоментного «потопу» Земля могла отримувати воду поступово, протягом сотень мільйонів років.
Волога мантія — жива планета
Нижня мантія простягається майже на 2 900 кілометрів у глибину. Навіть невеликі домішки водню в її мінералах роблять породи більш пластичними та впливають на рух тепла всередині планети. Це має пряме значення для тектоніки плит, вулканічної активності та довготривалої стабільності клімату — тобто для умов, у яких життя може існувати мільярди років.
Вода, яка не тече і не замерзає
У глибинах Землі вода не утворює крапель чи потоків. Вона існує у вигляді хімічно зв’язаного водню всередині мінералів. Таку воду неможливо побачити неозброєним оком, але вона суттєво змінює властивості порід, знижуючи температуру плавлення та послаблюючи кристалічні зв’язки.
Саме тому вчені використовують надточні методи аналізу, щоб виявити сліди водню в експериментальних зразках.
Скільки води ще приховує Земля?
Окремі підказки дають рідкісні алмази, що піднімаються з глибин і зберігають у собі мінерали мантії. У деяких з них знаходили рингвудит — мінерал, здатний утримувати до 1% води за масою. Це підтверджує, що надра Землі можуть бути значно «вологішими», ніж ми бачимо з поверхні.
Нові результати, опубліковані в журналі Science, натякають: перший водний цикл Землі міг початися не з дощу й океанів, а з глибоких надр планети. І цілком можливо, що значна частина земної води й досі залишається там — прихована, але надзвичайно важлива для життя на поверхні.