Океаны, которых мы не видим: как глубинные минералы скрывают миллиарды литров воды

Большая часть воды, которая сделала Землю пригодной для жизни, возможно, никогда не покидала глубины планеты. Согласно новым исследованиям, значительное количество воды могло оставаться глубоко внутри Земли с самого начала её существования, а не подниматься на поверхность. Эти результаты опубликованы в журнале Science.

Вода, заключенная в недрах Земли

Недавние данные изменяют наше понимание того, как хранилась вода на ранней Земле. Оказавшись в процессе охлаждения планеты, внутренняя часть Земли поглотила такое количество воды, которое можно сравнить с объемами современных океанов. Это исследование пересматривает многие устоявшиеся теории о том, где и как сохранялась ранняя вода на Земле.

Эксперименты, которые имитируют экстремальные условия давления и температуры, показали, что по мере охлаждения Земли расплавленные минералы поглощали огромные объемы воды, которая оставалась заключённой внутри мантии. Такой процесс происходил на разных этапах формирования планеты, что даёт новые данные о водном балансе Земли на её ранних стадиях.

"Наши результаты показывают, что распределение воды в бриджманите значительно усиливается с повышением температуры", — заявил Вэньхуа Лу, главный исследователь из Китайской академии наук.

Исследования глубинных минералов

Учёные долго искали объяснение тому, как на молодой, раскаленной Земле могла сохраняться вода, необходимая для формирования океанов. Работа исследовательской группы, возглавляемой Вэньхуа Лу, сосредоточена на изучении движения воды между расплавленными породами и твердыми минералами. Измерения, проведённые командой, позволили создать новый метод для оценки количества воды, которое могло оставаться в недрах Земли на момент формирования её первой коры.

Когда Земля начинала охлаждаться, магматический океан постепенно затвердевал, образуя минералы. Вода, растворённая в расплавленных породах, должна была либо оставаться в магме, либо входить в состав кристаллов, связываясь с кислородом. Таким образом, процесс охлаждения мог происходить по-разному, и ученые попытались выяснить, куда же уходила вода. Эти процессы перекликаются с исследованиями, где в атмосфере молодой Земли могли возникать биомолекулы - это добавляет контекста к пониманию, как формировалась жизнь на планете.

Вода в минералах: результат новых экспериментов

Чтобы проверить гипотезу, что вода могла остаться внутри минералов, учёные воссоздали в лаборатории условия, соответствующие экстремальным температурам и давлениям. В ходе эксперимента они использовали алмазные наковальни, которые создают давление, соответствующее глубинам Земли, и затем воздействовали лазерами, чтобы имитировать температуры, характерные для мантии.

При таких условиях минерал бриджманит, который является наиболее распространённым в нижней мантии Земли, стал впитывать воду, связывая водород с кислородом. Вода не оставалась в жидкой форме, а проникает в кристаллическую решётку, заполняя её пустые места. Это открытие подтвердило, что большая часть воды могла быть заключена в минералах мантии, а не подняться к поверхности в процессе охлаждения Земли.

"Температура является ключевым фактором, который определяет, как вода будет распределяться в минералах," — отметил Лу.

Геологические последствия для планеты

По мере того как температура на планете снижалась, количество воды, заключённой в минералах, уменьшалось. Однако это постепенное освобождение воды могло происходить в течение миллиардов лет, питающее вулканическую активность и возвращающее воду на поверхность в виде паров и жидких капель, сохраняя необходимый водный баланс.

Глубинные минералы могли оставаться важными источниками воды для Земли, постепенно высвобождая её в процессе долгосрочной вулканической активности, а не сразу, как это предполагалось ранее. Это открытие перекликается с наблюдениями, где учёные раскрыли механизм океанического вулканизма - процесс, при котором мантийные волны переносят фрагменты суши под морское дно.

Долгосрочные изменения в мантии

Предположения о том, что вода могла находиться внутри Земли в течение миллиардов лет, дают нам новые представления о том, как это влияет на планетарные процессы. Вода, заключённая в гидроксильных группах минералов, может не скапливаться в каплях, но она тем не менее способна перемещаться через планету при разрушении или плавлении минералов. Эти медленные, почти незаметные процессы способствовали формированию внутреннего строения Земли на протяжении её геологической истории.

И хотя вода в глубоких слоях Земли не может текти или замерзать, она всё же может оказывать влияние на тепловой баланс планеты и способствовать её геологическим процессам. Исследования, в том числе с использованием алмазов, захватывающих минералы из глубин Земли, открывают нам уникальные данные о движении воды на планете.

Влияние на современную жизнь

Понимание того, что вода могла быть сохранена глубоко в недрах Земли, даёт нам более полное представление о водном балансе планеты и о том, как эти процессы могли влиять на пригодность Земли для жизни. Распределение воды, её медленное возвращение на поверхность и взаимодействие с вулканической активностью могло сыграть важную роль в поддержании устойчивости планетарных условий на протяжении миллиардов лет.

В конце концов, это открытие может оказать существенное влияние на наше понимание происхождения океанов и водных ресурсов Земли, а также на будущие исследования, направленные на изучение других глубинных минералов и их роль в процессе планетарного охлаждения.