Ученые нашли минералы, которые могут хранить древнюю воду в недрах Земли
Международная группа исследователей пришла к выводу, что часть воды, образовавшейся во время формирования Земли, вероятно, все еще находится в недрах планеты. Ученые исследовали соединения железа, удерживающие водород в экстремальных условиях. Результаты работы были опубликованы в журнале Nature Geoscience. Об этом сообщает издание Вокруг Света.
Специалисты из Университета Байройта синтезировали два соединения — Fe₅O₁₂Hₓ и Fe₇O₁₂Hₓ. По их мнению, именно эти минералы могут стать первыми реальными кандидатами на хранение значительных объемов воды на больших глубинах.
Для проверки возможности существования таких веществ в недрах Земли, ученые смоделировали соответствующие условия. В экспериментах использовались алмазные наковальни: миниатюрные образцы сжимали между двумя алмазами и нагревали лазерами. Давление достигало 78–198 гигапаскалей, а температура варьировалась от 2400 до 2800 кельвинов, что соответствует около 2500 градусам Цельсия.
С помощью синхротронного рентгеновского излучения исследователи определили химический состав и кристаллическую структуру образовавшихся веществ. Выяснилось, что новые соединения могут возникать даже в образцах, где изначально было очень мало воды.
«Кажется, что даже малое количество водорода достаточно для стабилизации этих сильно гидратированных соединений железа», — отметил профессор Леонид Дубровинский из Баварского научно-исследовательского института экспериментальной геохимии и геофизики Университета Байройта.
Одно из возможных мест хранения древней воды ученые предполагают в районе границы ядра и мантии. На ранних этапах истории Земли там мог находиться базальный магматический океан. По мере его остывания оставшийся расплав должен был обогащаться железом и водой — компонентами, необходимыми для образования найденных соединений.
Минералы могут удерживать не только воду, сохранившуюся с момента формирования планеты. Исследователи полагают, что они также накапливают воду, которая проникает на большие глубины вместе с погружающимися тектоническими плитами.
Высокая плотность новых соединений, вероятно, способствует их удержанию у границы ядра и мантии, сохраняя воду на протяжении геологических периодов. Особый интерес вызывает Fe₅O₁₂Hₓ: расчеты показывают, что даже около 1% этого минерала в мантии может хранить значительную часть предполагаемого общего количества водорода в силикатной оболочке Земли. Равномерного распределения минерала по мантии не ожидается — он может концентрироваться в отдельных зонах.
Это открытие имеет значение не только для понимания круговорота воды внутри Земли, но и для изучения сейсмической активности и вулканизма. В ходе экспериментов образование оксигидроксидов приводило к извлечению железа из окружающих силикатных минералов, что могло изменять границы между различными минералами мантии и потенциально объяснять некоторые необычные сейсмические сигналы в районе границы ядра и мантии.
Ученые также предполагают, что водосодержащие скопления таких минералов могут влиять на движение мантийных плюмов — восходящих потоков горячего вещества из недр Земли. Если оксигидроксиды начинают плавиться раньше окружающих силикатов, они могут высвобождать накопленную воду и другие летучие вещества, которые способны попадать в поднимающиеся расплавы, связывая процессы на глубине с вулканической активностью на поверхности планеты.
На Луне, например, были обнаружены следы потоков жидкой воды, несмотря на то, что условия на этом спутнике, казалось бы, исключают их существование.
