Ученые нашли следы воды на глубине 2900 км у границы мантии и ядра Земли

На глубине примерно 2900 километров под ногами — там, где силикатная мантия упирается в жидкое металлическое ядро, — могут скрываться колоссальные запасы воды. Не в виде океанов или подземных полостей, а в химически связанном состоянии внутри кристаллических решеток минералов. Международная команда ученых пришла к этому выводу, воспроизведя в лаборатории условия, сопоставимые с недрами планеты.

Речь идет о зоне, где сейсмические волны резко сбрасывают скорость. Эти загадочные участки, известные как зоны сверхнизкой скорости (ULVZ), давно ставят геофизиков в тупик. Новая работа объясняет их природу: виной всему — плотные оксигидроксиды железа, удерживающие водород даже при экстремальном давлении и температуре.

Эксперимент выглядел так. Ученые сжали образцы до давления около двух миллионов атмосфер и нагрели их до 2500 °C с помощью лазера в алмазных наковальнях. В результате синтезировались две кристаллические структуры — Fe₅O₁₂Hₓ и Fe₇O₁₂Hₓ. Оба соединения оказались термодинамически стабильными и сохраняли способность связывать водород даже в относительно сухой среде.

До сих пор считалось, что нижняя мантия практически безводна. Ее главные компоненты — бриджманит и ферропериклаз — имеют безводный состав, а большинство гидратированных фаз разрушается под давлением. Новые данные ломают эту картину. Вода на таких горизонтах не плещется в пустотах, а распределена в виде ионов внутри кристаллической решетки.

Откуда там взялись эти минералы? Есть две версии. Либо они сформировались при остывании базального магматического океана ранней Земли, либо возникли из древних океанических плит, опустившихся в недра. В любом случае водонасыщенные участки работают как резервуар летучих компонентов для мантийных плюмов — тех самых, что подпитывают вулканическую активность.

Роль воды в недрах не сводится к биосфере. Она снижает вязкость горных пород и заставляет их пластически течь. Без жидкой воды планета вряд ли стала бы обитаемой — на это обращает внимание геофизик Альфред Уилсон из Университета Лидса. Медленная конвекция мантии обеспечивает скольжение литосферных плит и вынос газов через вулканы, а значит, регулирует термический баланс атмосферы на протяжении геологических эпох.

Открытие меняет представления о глобальных геохимических циклах. Под поверхностью Земли, на границе с ядром, может существовать гигантский скрытый резервуар воды — не океан в привычном смысле, но источник, влияющий на тектонику, вулканизм и климат в масштабах миллионов лет.