Ученые раскрыли тайну появления "подземного океана" в недрах Земли

Глубинные слои Земли содержат в себе примерно столько же воды, как и ее океаны, благодаря тому, что туда уже более трех миллиардов лет попадает кора со дна морей планеты, насыщенная влагой. К такому выводу пришли российские и зарубежные ученые, опубликовавшие статью в журнале Nature.

"Мы представили геохимические данные, указывающие на то, что цикл глобального погружения океанической коры в мантию начался гораздо раньше, чем считает большинство специалистов, и мог функционировать уже в течение первого миллиарда лет истории Земли", – отметил Александр Соболев из Института геохимии и аналитической химии РАН.

По мнению геологов, жизнь существует на Земле и отсутствует на Венере благодаря тому, что недра нашей планеты не стоят на месте, а постоянно "мигрируют" между ее поверхностью и глубинными слоями литосферы. Движение континентов, постепенное погружение их пород в глубины мантии и их последующее "всплытие" помогают Земле "сбрасывать" лишнее тепло и стабилизировать климат.

Этот процесс, как считают ученые, влияет не только на климат, но и на состав атмосферы и океанов Земли. Когда породы континентов погружаются вглубь мантии, они уносят с собой большие количества осадочных пород, содержащих различные газы, воду и другие летучие вещества. Они возвращаются к поверхности вместе с извержениями вулканов, что часто резко меняет состав воздуха и воды, и сильно влияет на земную жизнь.

К примеру, недавно Соболев и его коллеги обнаружили, что "всплытие" мантии в окрестностях современного Норильска привело к насыщению атмосферы большим количеством парниковых газов и "засеиванию" океанов нутриентами, ускоряющими рост микробов. Оба этих события, произошедшие примерно 255 миллионов лет назад, послужили "спусковым крючком" для Пермского вымирания, самого серьезного катаклизма в истории жизни на Земле.

Когда мантия Земли начала "дышать" и обмениваться газами и водой с поверхностью планеты, ученые пока не могут точно сказать. Часть геологов считает, что тектоника запустилась практически сразу после рождения нашего мира, около четырех миллиардов лет назад, а другие сомневаются в этом и предполагают, что это произошло около 2,5 миллиарда лет назад.

Как передает пресс-служба Российского научного фонда, Соболев и его коллеги нашли новые свидетельства в пользу первой гипотезы, изучая образцы древнейшей коры Земли, сформировавшиеся более 3,3 миллиарда лет назад в окрестностях ныне существующего городка Барбертон на востоке ЮАР.



Схема переноса хлора и воды в мантии Земли и пути ее движения к поверхности коры

Древняя океаническая кора, как объясняют авторы статьи, не полностью "растворяется" в глубинных слоях мантии. Самые тугоплавкие ее компоненты, представляющие собой одну из форм минерала оливина, сохраняются в виде микроскопических кристаллов, следы которых можно найти в определенных типах вулканических пород. Эти породы, так называемые коматииты, чаще всего встречаются в самых древних образцах коры Земли, так называемых "зеленокаменных поясах".

Первые исследования такого рода российские и зарубежные исследователи провели еще три года назад, изучив породы из Канады и ЮАР, сформировавшиеся 2,7 миллиарда лет назад. Эти замеры показали, что в самых глубинных слоях мантии скрывается огромное количество воды, сопоставимое по размерам с мировым океаном. Как предположили тогда ученые, она попала в мантию благодаря раннему запуску тектонических процессов.

Сейчас Соболев и его команда получили новые подтверждения этой гипотезы, изучая более древние образцы коматиитов из Южной Африки. Как и в 2016 году, ученые извлекли из них кристаллы оливина, расплавили их и измерили доли воды и церия, а также доли изотопов водорода.

Эти вещества, как отмечают геохимики, ведут себя одинаково при движении через литосферу Земли. По этой причине, избыток того или другого будет говорить о наличии больших запасов H2O или соединений редкоземельного металла в глубинных слоях мантии в тот момент, когда формировались эти кристаллы.

Как оказалось, избыток воды присутствовал и в этих образцах древних пород, что говорит о наличии огромных запасов влаги в глубинных слоях мантии Земли уже 3,3 миллиарда лет назад. Вкупе с избытком дейтерия, это означает, что круговорот пород между поверхностью и глубинными недрами литосферы начался почти сразу после рождения планеты, чтобы мантия успела насытиться нужным количеством воды.

"Механизм погружения измененной морской водой коры в мантию функционировал более 3,3 миллиарда лет назад. Это означает, что уже в первый миллиард лет существования Земли происходил глобальный оборот вещества, составляющий основу современной тектоники плит, а источником избытка воды в переходной зоне мантии был древний океан на поверхности планеты", – заключает ученый.