Могла ли вода полностью испариться на ранней Земле?

Нет, часть воды была связана в минералах мантии и не могла улетучиться в космос.

Насколько бриджманит распространён в недрах планеты?

Он является наиболее распространённым минералом нижней мантии и составляет её основу.

Имеют ли выводы исследования значение для изучения других планет?

Да, они помогают оценить вероятность сохранения воды на каменистых экзопланетах, переживших фазу глобального расплава.

Луна и Земля в космосе

Главная / Наука и технологии

Дмитрий Литвинов Опубликована сегодня в 4:21

Влага, которая не должна была уцелеть: экстремальные температуры помогли минералам скрыть основу будущей жизни

Учёные выяснили, что бриджманит удерживал воду в ранней мантии Земли — Science

Современная Земля воспринимается как устойчивая планета с океанами и атмосферой, но её ранняя история была совсем иной. Миллиарды лет назад поверхность представляла собой гигантский раскалённый магматический океан, где не могло существовать ни жидкой воды, ни условий для стабильного климата.

Тем удивительнее, что сегодня вода покрывает около 70% поверхности. Об этом сообщает издание Science.

Когда Земля оставалась океаном магмы

Около 4,6 млрд лет назад молодая планета проходила через тяжёлую стадию космической бомбардировки. Потоки астероидов и планетезималей не только разрушали поверхность, но и поддерживали мантию в расплавленном состоянии.

Температуры превышали те значения, при которых вода может сохраняться в жидком или даже твёрдом виде. Любая влага испарялась, а атмосферный пар легко уходил в космос из-за слабого притяжения планеты на ранних этапах.

Долгое время учёные считали, что Земля должна была полностью потерять первоначальные запасы воды. Парадокс заключался в том, что значительная часть океанов выглядит слишком древней, чтобы сформироваться исключительно за счёт позднейшего притока льда с комет или астероидов. Новые данные показывают: вода могла не исчезнуть, а уйти в глубины мантии, где была надёжно защищена от испарения.

Именно эта идея меняет взгляд на эволюцию планеты и объясняет, как сохранился водный резерв, достаточный для формирования океанов спустя миллионы лет после затвердевания поверхности.

Бриджманит — скрытый резервуар ранней Земли

Ключевым элементом нового исследования стал минерал бриджманит — основной компонент нижней мантии, образующийся на глубинах свыше 660 км. Его кристаллическая структура чрезвычайно плотная, и раньше считалось, что такой минерал почти не способен удерживать даже следы воды.

Однако современные эксперименты показали обратное. Именно во время кристаллизации магматического океана бриджманит мог активно захватывать молекулы воды, связывая их внутри своей решётки. Этот процесс превращал минерал в своеобразный глубокий водный аккумулятор, защищённый от испарения и экстремального нагрева.

Идея о том, что нижняя мантия была "сухой", оказалась устаревшей. Новые данные доказывают, что именно здесь могли находиться огромные запасы воды, пережившие ранние катастрофические эпохи.

Как экстремальные эксперименты раскрыли свойства минерала

Одним из главных препятствий на пути к пониманию поведения бриджманита были условия его формирования. Давления и температуры нижней мантии настолько высоки, что долгое время их невозможно было воспроизвести в лаборатории. Ситуация изменилась благодаря уникальной экспериментальной установке, созданной в Гуанчжоуском институте геохимии.

Учёные использовали алмазные наковальни, лазерный нагрев и высокотемпературные системы визуализации. Давления достигали значений, эквивалентных глубинам сотен километров, а температура поднималась до 4100 °C. При таких условиях стало возможным изучать распределение воды в минерале с микронной точностью.

Для анализа применялись передовые методы — NanoSIMS, атомно-зондовая томография и криогенная электронная дифракция. Эти технологии позволили буквально "увидеть" молекулы воды внутри кристаллов.

Результат оказался революционным: бриджманит не только способен удерживать воду, но и делает это тем эффективнее, чем выше температура его образования.

Почему высокая температура стала ключом к разгадке

Вопреки ожиданиям исследователей, вода в структуре минерала сохранялась лучше всего именно при экстремальных температурах. Это означает, что ранняя Земля — раскалённая и нестабильная — была идеальным "инкубатором" для формирования минералов, способных удержать огромные запасы влаги внутри мантии.

Такой вывод меняет фундаментальные представления о водной эволюции Земли. Оказывается, чем горячее был магматический океан, тем больше воды могло остаться связанной в минеральной структуре. Это делает раннюю Землю более "влажной", чем предполагалось прежде, несмотря на внешнюю среду, лишённую жидкой воды.

Новые оценки запасов воды в недрах планеты

Экспериментальные данные позволили исследователям смоделировать, сколько воды могла удержать нижняя мантия после затвердевания магматического океана. Согласно расчётам, запас воды мог превышать предыдущие оценки в 5-100 раз.

В абсолютных величинах это эквивалентно от 0,08 до 1 объёма современного Мирового океана. Другими словами, значительная часть воды Земли изначально находилась не в атмосфере и не на поверхности, а глубоко под ней.

Такие данные гармонично объясняют, как наша планета смогла пережить период космической бомбардировки и не утратить основного элемента, необходимого для будущего возникновения жизни.

Как вода сформировала геологическую активность Земли

Вода, заключённая в мантии, не была пассивным компонентом. Она снижала температуру плавления пород и уменьшала их вязкость, облегчая движение вещества внутри планеты. Это стало одним из решающих факторов формирования тектоники плит — процесса, который определяет геологическую активность Земли до сих пор.

Освобождаясь через вулканизм, вода постепенно возвращалась на поверхность. Так формировались атмосфера и первые океаны. Именно этот длительный цикл дегазации позволил планете стабилизироваться и создать условия, подходящие для появления жизни.

Советы для изучения процессов ранней Земли

Комплексное исследование магматической эволюции требует сочетания минералогии, геохимии и планетологии. Использование высокотемпературных установок, моделирование поведения минералов на глубине и изучение метеоритов позволяет восполнить пробелы в понимании ранней истории Земли. Перспективным направлением остаётся анализ глубоких мантийных выбросов, которые могут содержать следы древних водных резервов.