Недавнее исследование показало, что обнаруженные железосодержащие минералы могут быть недостающим звеном в механизме хранения воды в самых глубоких слоях мантии Земли и её переноса в верхние слои. По словам авторов работы, эти данные важны для понимания движения мантии, вулканической активности и процессов, происходящих на других каменистых планетах.
Минералы, получившие название оксигидроксиды железа, учёные получили, сжимая образцы между двумя крошечными алмазными наковальнями и одновременно воздействуя на них лазером. Оба минерала остаются стабильными в условиях, характерных для границы между ядром и мантией Земли, где давление превышает миллион атмосфер, сообщил Live Science Стив Джейкобсен, минералог и профессор наук о Земле в Университете Колорадо в Боулдере, не участвовавший в исследовании.
Новые минералы содержат до 15% воды по весу. «Если сложить все атомы H и O в формуле и объединить их в H2O, то всего лишь пятифунтовый кусок такого вещества содержал бы пинту жидкой воды, — добавил Джейкобсен. — Если бы этот материал существовал на ранней Земле и был распределён по основанию мантии, даже нескольких процентов его потенциально хватило бы для формирования океанов».
Земля состоит из нескольких слоёв, похожих на слои луковицы. Кора — самый тонкий слой, который очень медленно движется поверх гигантского океана расплавленной породы, называемого мантией. В глубине этого океана находится ядро планеты, состоящее из раскалённого железа и никеля, сжатых под весом всей планеты. Вода в мантии делает расплавленную породу более пластичной, позволяя мантии менять форму и перемешиваться. Это во многом объясняет наличие на Земле тектоники плит: без воды в мантии материал слишком жёсткий, чтобы двигаться и увлекать за собой кору планеты.
Существуют две основные теории о том, как вода попадает в мантию Земли. Первая — через субдукцию: когда одна тектоническая плита опускается под другую, она приносит воду с поверхности в мантию. Вторая — первичная вода, оставшаяся со времён формирования планеты и хранящаяся вблизи границы между ядром и нижней мантией. Новые минералы соответствуют обеим теориям: они достаточно плотные, чтобы опуститься до самого основания мантии, что согласуется с субдукцией и открывает путь для проникновения воды в ядро Земли. Кроме того, они достаточно прочные, чтобы выдержатьextremely high-energy impacts (чрезвычайно высокоэнергетические удары), которые они испытали бы, если бы присутствовали при формировании Земли.
Конвекция мантии может поднимать эти минералы от ядра ближе к поверхности в виде крупных мантийных плюмов, где они плавятся и высвобождают воду, завершая таким образом круговорот воды в мантии и способствуя образованию вулканических горячих точек на поверхности. Этот процесс имеет значение для круговоротов воды и теорий формирования других каменистых планет и экзопланет, особенно тех необычных, что состоят в основном из расплавленной породы. Хотя исследование, опубликованное 8 сентября в журнале Nature Geoscience, не доказывает, что эти минералы переносят воду по мантии, сам факт их существования впервые указывает на такой механизм. Обнаруженные минералы также могут объяснить загадочныеextremely dense regions (чрезвычайно плотные области) в глубинах Земли — «зоны сверхнизких сейсмических скоростей», которые наблюдаются на границе ядра и мантии, добавил Джейкобсен.