Гигантская водяная ловушка: как мантия хранит втрое больше воды, чем все океаны

Представьте себе, что под нашими ногами скрывается огромный резервуар воды, в три раза превышающий объем всех океанов на поверхности Земли. Это не фантастика, а реальность, о которой стало известно благодаря новому исследованию.

Уникальные находки учёных

В 2014 году группа американских ученых использовала 2000 сейсмометров для изучения сейсмических волн от более чем 500 землетрясений. Измеряя скорость волн на различных глубинах, они смогли определить, через какие породы они проходили, прежде чем достичь датчиков. На глубине около 700 километров, в так называемой "переходной зоне" между нижней и верхней мантией, была обнаружена порода рингвудит.

Рингвудит образуется под высоким давлением, характерным для центра Земли. Это уникальный минерал, способный удерживать воду в своей молекулярной структуре. Стив Якобсен, геофизик, объяснил, что рингвудит подобен губке, впитывающей воду. В его кристаллической структуре есть нечто особенное, что позволяет ему притягивать водород и удерживать воду.

Вода в недрах планеты

Предыдущие исследования показали, что рингвудит может содержать до 1,5% воды. Это открытие подтверждает наличие воды в породах под поверхностью Земли. Ученые подсчитали, что если всего 1% рингвудита в переходной зоне состоит из воды, то это означает, что там содержится в три раза больше воды, чем во всех океанах на поверхности.

Брэндон Шмандт, сейсмолог, добавил, что если в переходной зоне содержится значительное количество H2O, то должно происходить некоторое плавление в областях, где происходит приток в нижнюю мантию. Это открытие согласуется с их результатами.

Происхождение воды на Земле

Якобсен считает, что результаты исследования подтверждают, что вода на Земле могла "происходить изнутри".

"Мы наконец-то увидели доказательства общеземного круговорота воды, которые могут объяснить огромное количество жидкой воды на поверхности нашей обитаемой планеты", — говорит ученый.

Учёные искали эту недостающую глубинную воду десятилетиями.

Тем не менее, до сих пор ведутся споры о том, как вода оказалась в переходной зоне: является ли она изначальным источником внутри Земли или проникла с поверхности. В новом исследовании учёные изучили образцы из магматической провинции Эмэйшань на юге Китая, связанной с активностью мантийного плюма.

Они обнаружили, что уровни тяжёлых изотопов бора в породах превышают известные составы мантии и больше соответствуют значениям, найденным в серпентинитах — метаморфизованных породах, являющихся частью погружающейся тектонической плиты.

Загадки продолжаются

Исследователи заключили: субдукция серпентинизированной океанической литосферной мантии может переносить значительные объемы воды в недра Земли, что приводит к локальной гидратации глубоких слоев мантии. Однако утверждать, что вся внутренняя вода Земли именно оттуда, слишком смело. Это открытие указывает на возможность погружения воды в земную кору, а затем её возвращения на поверхность в геологических масштабах времени.

Для дальнейшего понимания этой загадки необходимо собрать больше данных, возможно, из других уголков мира. Выявление современных аналогов — сложная задача, поскольку они должны соответствовать двум важнейшим критериям: длительная субдукция холодной плиты и последующий подъем мантийного плюма.

Одним из потенциальных современных аналогов может быть крупная магматическая провинция реки Колумбия, где миоценовые континентальные базальты, как считается, связаны с Йеллоустонским мантийным плюмом. Это место может скрывать аналогичные признаки тяжёлых изотопов бора.