Учёные обнаружили два минерала, которые хранят воду у границы ядра и мантии на глубине почти 2900 км

Вода необходима для жизни и играет ключевую роль в движении земной мантии. Без нее тектонические плиты не могли бы скользить друг относительно друга, а климат на планете регулировался бы иначе. Однако до сих пор оставалось неясным, где именно и в какой форме вода хранится в глубоких слоях Земли. Новое исследование предлагает ответ.

Нижняя мантия простирается от 660 до 2900 километров под поверхностью. Ее основные минералы — бриджманит и ферропериклаз — считаются практически сухими. Другие минералы могли бы удерживать воду, но большинство из них либо требуют необычного состава, либо разрушаются при высоких температурах. Поэтому ученые искали альтернативный вариант.

С помощью алмазных наковален, в которых крошечные образцы сжимаются между двумя алмазными остриями и нагреваются лазером, специалисты воссоздали условия нижней мантии. В ходе экспериментов были идентифицированы два ранее неизвестных оксигидроксида железа — Fe5O12Hx и Fe7O12Hx. Эти фазы способны удерживать значительные объемы воды.

Важная особенность новых минералов в том, что они образуются даже при крайне низком содержании воды. В некоторых опытах исходный материал содержал менее 0,1% воды, и этого оказалось достаточно для стабилизации соединений. Это объясняет, как вода может сохраняться в недрах, где свободной жидкости практически нет.

Минералы стабильны при экстремальных условиях нижней мантии и заметно плотнее окружающих пород. Когда ранняя Земля остывала и кристаллизовалась из расплавленного состояния, эти водосодержащие фазы могли формироваться и опускаться к границе ядра и мантии. Там они и остаются до сих пор.

Вода не обязательно остается запертой навсегда. При подъеме материала мантийными потоками давление падает, минералы теряют стабильность и высвобождают воду, которая затем возвращается к поверхности через вулканизм. Таким образом, круговорот воды на планете может простираться до самого ядра.

Открытие также объясняет давнюю загадку. Минерал, известный как «H-фаза», который наблюдали в прежних экспериментах, по-видимому, совпадает с одним из новых оксигидроксидов. Присутствие следов водорода могло стабилизировать эти соединения и создать видимость иного минерала.

Многие вопросы пока остаются без ответа: точное количество воды в этих фазах, их поведение на границе с ядром и то, как быстро вода возвращается на поверхность. Тем не менее, находка подтверждает, что водный цикл Земли может быть гораздо глубже, чем считалось ранее.

источник