Обнаружены новые пути выхода воды из недр Земли на поверхность

Одним из главных вопросов в науке о Земле в настоящее время является происхождение воды на поверхности нашей планеты. Существует две версии. Согласно первой, вода попала к нам из космоса благодаря ледяным кометам (эту версию недавние исследования оспаривают). По второй версии, вода вышла на поверхность Земли из её недр в ходе геологических процессов. То есть планета сформировалась изначально с огромными океанами под корой, которые в ходе движения тектонических плит постепенно выходили наружу.

Уже давно принято считать, что земная мантия содержит какое-то количество воды, но, сколько именно – неизвестно. Учёных также волнует такой вопрос: если влага просачивалась на поверхность всё это время, то не подходят ли её запасы к концу? Поиск ответов осложняется тем, что не существует способа прямого анализа пород мантии, и исследователи вынуждены ограничиваться воссозданием природных условий в лаборатории с помощью компьютерных моделей.

В этом направлении работают специалисты в области наук о Земле из университета Огайо профессор Венди Панеро (Wendy Panero) и аспирант Джеф Пигот (Jeff Pigott). Центральной идеей их исследований является то, что породы, которые человеческому глазу кажутся сухими, могут быть источниками воды. Кислород в большом количестве присутствует в природных минералах, а в естественных пустотах и дефектах пород могут быть заперты атомы водорода. В итоге в недрах Земли при высоких давлениях и температуре могут происходить процессы, которые приводят к образованию воды.

В своей лаборатории Панеро и Пигот сжимают породы, характерные для земной мантии между двумя алмазами в специальной установке, создавая давление, аналогичное местам их природного залегания. При этом высокие температуры создаются с помощью лазера.


Затем учёные смотрят, как меняется кристаллическая структура исследуемых образцов и существует ли возможность хранения в них водорода. После этого экспериментальные данные дополняются компьютерными моделями, которые помогают спроектировать геохимические процессы, позволяющие этим породам выйти на поверхность и освободить заключённую в них воду.

Наиболее перспективными с точки зрения источников влаги мантийными минералами считались бриджманит и рингвудит. Но в ходе последних исследований оказалось, что бриджманит содержит слишком мало водорода, чтобы внести существенный вклад в водообразование.

В то же время другие учёные подтвердили свойства рингвудита, который залегает в так называемой переходной зоне на глубине 325-500 километров. Именно в этой зоне происходит активная конвекция мантийной породы, которая провоцирует тектонику плит, в результате чего вода выходит на поверхность Земли.

Так, Панеро и Пигот занялись более тщательным исследованием рингвудита. На очередной встрече Американского геофизического союза в Сан-Франциско учёные представили результаты компьютерных расчётов относительно геофизики нижней части мантии (более 500 км). В этой области они обнаружили, что ещё один минерал – гранат может быть эффективным проводником воды от рингвудита вниз.

В официальном пресс-релизе университета исследователи отмечают, что если такой сценарий действительно возможен в природе, то в недрах нашей планеты скрывается масса воды, равная по объёму Тихому океану. И эта вода непрерывно циркулирует сквозь переходную зону.

Профессор Панеро называет сложные отношения между тектоникой плит и поверхностными водами "одной из самых больших загадок в области наук о Земле". А результаты нового исследования подтверждают подозрения учёных о том, что конвекция в мантии каким-то образом регулирует количество воды в океанах.

Исследователи также полагают, что их данные могут быть основанием для увеличения временных рамок водного цикла нашей планеты. "Если мы считаем, что все воды Земли находятся на её поверхности, то это дает нам одну интерпретацию водного цикла, где круговорот воды в природе между океанами, атмосферой и грунтовыми водами длится миллионы лет, – поясняет профессор Панеро. — Но если циркуляция охватывает ещё и мантию, то общее время этого цикла должно составлять уже миллиарды лет."