Глубоко под нашими ногами скрывается невероятная тайна: объем воды в недрах Земли в несколько раз превышает размеры всего Мирового океана. Происхождение этих колоссальных запасов остается загадкой для науки, как и их роль в геологической динамике нашей планеты. Интересно, что в то время как существование подповерхностного океана на Плутоне было подтверждено еще в 2016 году, достоверные доказательства наличия огромных масс воды в земной мантии были получены лишь в 2014 году.
Как ученые изучают недоступные глубины
Прямое исследование земных недр представляет огромную сложность, поэтому ученые используют косвенные методы. Распределение плотности внутри планеты определяется путем анализа распространения сейсмических волн. Например, на границе Мохоровичича, расположенной на глубине нескольких десятков километров, скорость этих волн резко возрастает с 7 до 8 километров в секунду, что свидетельствует о переходе из земной коры в более плотную верхнюю мантию. Дальнейшие изменения скорости волн на глубинах около 600 километров и 2,9 тысячи километров указывают на границы с нижней мантией и ядром соответственно.
Минералы-посланники из глубин
Ключевую роль в открытии подземных вод сыграло изучение минералов, поднявшихся с больших глубин. В 2014 году международная группа геофизиков опубликовала в журнале Nature революционное исследование, основанное на анализе образцов оливина из Бразилии. В минерале были обнаружены включения рингвудита, содержащие воду, которая могла попасть туда только из переходной зоны мантии на глубине 410-660 километров.
Теоретические расчеты и эксперименты показывают, что в условиях высоких температур и давлений, характерных для этих глубин, оливин преобразуется в рингвудит и вадслеит — минералы, способные поглощать в десятки раз больше воды. Проанализированные образцы содержали до 1,5% рингвудита, что позволило ученым сделать вывод: локально мантия примерно на 1% состоит из воды. Простые расчеты показывают, что общий объем подземных вод эквивалентен нескольким Мировым океанам.
Международное подтверждение открытия
В 2015 году другая научная группа, включавшая российских специалистов, опубликовала в Nature результаты исследования рингвудита из Канадского щита. Этот минерал был найден в зеленокаменном поясе Абитиби — геологическом образовании возрастом 2,5-3,5 миллиарда лет, что указывает на древнее происхождение подземных вод.
Изучая включения в оливине, ученые обнаружили повышенное содержание воды в коматиитах — продуктах вулканической деятельности возрастом 2,7 миллиарда лет. Российские исследователи из Института геохимии и аналитической химии имени Вернадского разработали для этого уникальный метод микроанализа с рекордной точностью и запустили первую в стране высокотемпературную экспериментальную установку.
Вода проникает глубже, чем предполагалось
Дальнейшие исследования подтвердили и расширили эти открытия. Британские и американские ученые с помощью квантово-механических расчетов доказали, что многие гидратированные минералы, включая брусит, остаются стабильными в условиях глубин 400-600 километров.
Еще более удивительное открытие было сделано при изучении алмаза из Бразилии, выброшенного на поверхность 90 миллионов лет назад. Инфракрасная микроскопия выявила в нем включения, связанные с присутствием воды, причем анализ показал, что алмаз сформировался на глубине около тысячи километров. Это означает, что вода присутствует не только в переходной зоне мантии, но и в более глубоких слоях.
Неразгаданные тайны подземного океана
Наличие огромных масс воды в мантии существенно влияет на ее электропроводность и подвижность, что имеет важные последствия для понимания геологических процессов. Происхождение этой воды остается предметом научных дискуссий. Ранее считалось, что вода проникает вглубь планеты через субдукцию — погружение океанических плит под континентальные. Однако аномально высокие концентрации воды в исследованных минералах не могут быть объяснены только этим механизмом.
Наиболее вероятная гипотеза предполагает, что значительная часть подземных вод образовалась еще во время формирования Земли. Для проверки этой теории ученые планируют исследовать коллекцию коматиитов из африканской провинции Барбертон, возраст которых оценивается в 3,3 миллиарда лет. Эти древние лавы могут содержать ключи к разгадке одной из самых intriguing тайн нашей планеты.
Больше интересных статей здесь: Звезды.
Источник статьи: Под землей находиться океан.