Огромный океан воды может оказаться в переходной зоне под нашими ногами

Фото из открытых источников

Глубоко под поверхностью Земли находится огромный резервуар воды, объём которого, по оценкам, в три раза превышает объём всех океанов на нашей поверхности. Новое исследование, опубликованное в журнале Communications Earth & Environment, показывает, как он мог оказаться там, застряв в переходной зоне Земли.

В 2014 году группа учёных из США использовала 2000 сейсмометров для изучения сейсмических волн, полученных от более чем 500 землетрясений. Измеряя скорость волн на разных глубинах, группа смогла определить, через какие породы они проходили, прежде чем достичь датчиков. Они обнаружили, что на глубине около 700 километров под нашими ногами, в «переходной зоне» между нижней и верхней мантией, находится порода под названием рингвудит. 

Рингвудит образуется только под высоким давлением, характерным для центра нашей планеты. Был обнаружен лишь один образец из недр Земли (он также был найден в метеоритах), заключённый внутри крошечного алмаза. Рингвудит содержит воду, но не в жидком состоянии, а в молекулярной структуре минерала.

«Рингвудит подобен губке, впитывающей воду. В кристаллической структуре рингвудита есть нечто совершенно особенное, что позволяет ему притягивать водород и удерживать воду», — пояснил тогда геофизик Стив Якобсен. «Этот минерал может содержать большое количество воды в условиях глубокой мантии».

Предыдущие эксперименты показали, что рингвудит может содержать до 1,5% воды, а обнаруженные сейсмические волны подтверждают наличие воды в породе под нашими ногами. Учёные подсчитали, что если всего 1% породы в переходной зоне составляет вода, это означает, что она содержит в три раза больше воды, чем все океаны на поверхности Земли. Это согласуется с их результатами. 

«Если в переходной зоне содержится значительное количество H2O , то некоторое плавление должно происходить в областях, где есть приток в нижнюю мантию», — сказал сейсмолог Брэндон Шмандт, — «и это согласуется с тем, что мы обнаружили». 

Якобсен считает, что исследование подтверждает, что вода на Земле «происходила изнутри», – заявил он. «Я думаю, мы наконец-то увидели доказательства общеземного круговорота воды, которые могут помочь объяснить огромное количество жидкой воды на поверхности нашей обитаемой планеты», – добавил Якобсен. «Учёные десятилетиями искали эту недостающую глубинную воду».

Хотя имеющиеся данные, по-видимому, указывают на то, что в переходной зоне мантии (ПЗМ) хранится большое количество воды, до сих пор ведутся споры о том, как она там оказалась: либо это изначальный источник внутри Земли, либо она проникла вглубь Земли с поверхности. 

В новом исследовании учёные изучили образцы, взятые из крупной магматической провинции Эмэйшань на юге Китая, связанной с активностью мантийного плюма . Группа исследовала содержание тяжёлых изотопов бора в породе и обнаружила, что их уровни выходят за пределы известных составов мантии и больше соответствуют значениям, обнаруженным в серпентинитах – метаморфизованных породах, являющихся частью погружающейся тектонической плиты.

«Наши результаты показывают, что субдукция серпентинизированной океанической литосферной мантии может переносить значительные объёмы воды в недра Земли, что приводит к локальной гидратации глубоких слоев мантии, вероятно, в переходной зоне мантии», — поясняет группа исследователей в своей статье. «Эта вода затем захватывается подъёмом материала глубоко залегающего плюма и возвращается обратно на поверхность Земли».

Хотя утверждать, что вся внутренняя вода Земли именно оттуда взялась, слишком смело, это свидетельствует о том, что она может погружаться в земную кору по мере её погружения в неё, а затем снова возвращаться в земную среду в геологических масштабах времени. Для дальнейшего раскрытия этой тайны необходимы дополнительные данные, возможно, из других уголков мира.

«Выявление современных аналогов — сложная задача, поскольку они должны соответствовать двум важнейшим критериям: длительная субдукция холодной плиты в регионе и последующий подъем мантийного плюма за желобом», — поясняет группа. 

Одним из потенциальных современных аналогов может быть крупная магматическая провинция реки Колумбия (Columbia River LIP), где миоценовые континентальные базальты, как считается, тесно связаны с Йеллоустонским мантийным плюмом. До извержения в районе реки Колумбия океаническая плита Фараллон подвергалась длительной субдукции под Североамериканскую плиту, возможно, проникая в переходную зону мантии. Следовательно, можно ожидать, что в CFB реки Колумбия будут обнаружены аналогичные признаки тяжёлых изотопов бора.