Настоящие запасы воды под ногами: резервуары Земли оказались сопоставимы с океанами

Вода — основа жизни, и её происхождение на нашей планете остаётся одной из ключевых научных загадок. Новое исследование предлагает радикально иной взгляд на эту проблему, переворачивая традиционные представления. Согласно выводам учёных, значительные объёмы воды могли никогда не выходить на поверхность, оставаясь запертыми в недрах Земли с момента её формирования. Об этом со ссылкой на исследование Вэньхуа Лу из Китайской академии наук сообщает журнал Science.

Глубинные резервуары планеты

Долгое время геологи пытались понять, каким образом на раскалённой молодой Земле сохранилось достаточно воды для формирования стабильных океанов. Преобладающие модели предполагали, что в процессе остывания планеты вода в основном поднималась к поверхности. Однако последние эксперименты свидетельствуют об обратном.

В период, когда Земля представляла собой магматический океан, вода могла в огромных количествах поглощаться формирующимися минералами глубокой мантии. Это означает, что объём воды, скрытый под землёй, мог быть сопоставим с массой современных океанов.

Команда исследователей под руководством Вэньхуа Лу смоделировала в лаборатории экстремальные условия, царящие в недрах планеты. Для этого использовалась алмазная наковальня, создающая колоссальное давление, и мощные лазеры, разогревавшие образцы до температур ранней мантии. Учёные наблюдали за процессом кристаллизации ключевого минерала нижней мантии — бриджманита.

"Наши результаты показывают, что распределение воды в бриджманите значительно усиливается с повышением температуры", — отмечает ведущий автор исследования Вэньхуа Лу.

Это открытие стало поворотным. Оказалось, что при высоких температурах водород активно встраивается в кристаллическую решётку минерала, связываясь с кислородом. Таким образом, вода в форме гидроксильных групп могла массово захватываться формирующейся глубинной породой, а не извергаться наружу.

Температура как решающий фактор

Эксперименты выявили чёткую зависимость: чем горячее была среда, тем больше воды удерживал в себе бриджманит. Высокая температура создаёт в кристаллической структуре больше "свободных мест", куда могут встроиться атомы водорода. Это объясняет, почему в раскалённых недрах молодой Земли вода так эффективно поглощалась. По мере постепенного остывания планеты способность минералов удерживать воду снижалась.

Данный механизм предполагает долгосрочный и постепенный круговорот воды. Вместо одномоментного формирования океанов глубинные резервуары могли питать поверхность импульсами в течение миллиардов лет, высвобождая воду через вулканическую активность. Часть водорода, попавшего в мантию на заре существования планеты, может оставаться там до сих пор. Это означает, что видимые океаны — лишь часть общего водного баланса Земли, значительная доля которого до сих пор скрыта от наших глаз.

Влияние на геодинамику и жизнь

Наличие даже небольшого количества воды в глубинных минералах оказывает profound влияние на физические свойства пород. Вода снижает их температуру плавления и прочность, делая мантию более пластичной. Это, в свою очередь, меняет характер конвективных потоков — медленного перемешивания вещества, которое управляет тектоникой плит и вулканизмом. Таким образом, глубинные запасы воды напрямую связаны с геологической активностью планеты, которая создавала условия, пригодные для возникновения и развития жизни.

Косвенные доказательства существования такой скрытой воды уже найдены. Учёные изучают редкие алмазы, которые иногда выносят на поверхность фрагменты минералов из глубин мантии. В некоторых из этих включений, например в рингвудите, обнаруживаются следы воды.

Эти находки подтверждают, что гидратированные породы существуют на огромных глубинах, вплоть до границы с ядром. Более того, новые данные о слоистом строении ядра Земли могут дополнить наше понимание о распределении летучих веществ, включая воду, в недрах нашей планеты.

Новое исследование рисует картину, в которой первый круговорот воды на Земле начался не на её поверхности, а в глубоких недрах. Вода не просто прибыла из космоса на уже сформировавшуюся планету — она стала неотъемлемой частью её внутренней структуры с самого начала. Это открытие меняет наше понимание того, как формировалась пригодная для жизни среда. Однако вопрос о точных механизмах и объёмах этого глубинного резервуара требует дальнейших изысканий, включая изучение других минералов и долгосрочных процессов мантийной конвекции.