Скорошни проучвания откриха съществуването на огромни, неизвестни досега резервоари с първична вода на хиляди километри под повърхността на Земята, което би могло да предложи улики за разбирането на процеса на еволюцията на планетата.
Докато симулираха екстремните условия на висока температура и високо налягане, които съществуват на 660 километра под земята, изследователите откриха, че основният минерал на мантията на Земята – бриджманитът – притежава значителен капацитет за задържане на вода дори при температури до 4100 C.
Мантията на Земята е дебелият, полутвърд слой от гореща, плътна скала, която се намира между кората и външното ядро, представлявайки приблизително 84 процента от обема на планетата и 67 процента от нейната маса. Най-горещите части на тази полуразтопена маса циркулират бавно, като дебела пластмаса.
Констатациите, публикувани в академичното списание Science в петък, променят човешкото разбиране за това как водата се съхранява и разпределя дълбоко в Земята, което показва, че ранно задържаната вода може да е била от решаващо значение за трансформирането на планетата от огнен ад в обитаем свят.
Du Zhixue, професор в Института по геохимия в Гуанджоу, който ръководи изследването, каза, че значителни количества вода може да са били „заключени“ дълбоко в мантията, докато разтопената скала се охлажда и кристализира в по-твърдо състояние.
Земята преди 4,6 милиарда години не е била нежната синя планета, каквато е днес. Честите силни небесни сблъсъци превърнаха повърхността и вътрешността му в кипящ океан от магма, каза Ду. Беше толкова горещо, че водата не можеше да съществува в течна форма.
„Но в тази пламенна младост значителни количества вода са били уловени дълбоко в Земята“, каза той.
Докато ранният магмен океан се охлаждаше, той кристализира, за да образува твърди минерали, постепенно създавайки дебел мантиен слой. Бриджманитът, първият и най-изобилен минерал, кристализирал в мантията, може да е действал като гъба на микроскопично ниво, каза той. Капацитетът му за блокиране на вода директно определя колко вода може да се задържи от магмата.
Чрез моделиране на процеса на кристализация на океана от магма, изследователският екип установи, че благодарение на силната способност на бриджманита да блокира водата, долната мантия се превърна в най-големия воден резервоар в цялата мантия, след като океанът от магма започна да се втвърдява.
Ду каза, че предишни проучвания, базирани на относително ниски температури, предполагат, че капацитетът за съхранение на вода на бриджманита е ограничен. Изследователите обаче успешно повишиха температурата до 4100 C с изобретено от тях устройство за експериментална симулация със свръхвисоко налягане. Това разкри, че капацитетът на бриджманита за блокиране на водата се увеличава с топлина и може да бъде от пет до 100 пъти по-голям от предишните оценки.
Изследователите са проектирали експеримент за производство на топлина с лазери, както и високотемпературни изображения, подобни на условията на ранната дълбока мантия. Те успяха да определят температурите, при които водата може да се съхранява, осигурявайки солидна основа за разкриване на ключовата роля на температурата при разделянето на водата.
В сътрудничество с Лонг Тао, професор в Института по геология към Китайската академия на геоложките науки, екипът на Ду също включи томография с атомна сонда, която колективно позволи разработването на серия от иновативни методи за анализ на водата до нанометров мащаб. Това беше подобно на оборудването на микросвета с химическо CT сканиране с ултра висока разделителна способност, което позволи на изследователите ясно да визуализират разпределението на водата в малки проби и да потвърдят, че водата наистина се носи в структурата на бриджманита.
Количеството вода, задържано в ранната твърда мантия, може да е било еквивалентно на 0,08 до 1 пъти обема на всички съвременни океани, каза Ду.
Водата, заключена в камък дълбоко под земята, не е статичен запас. Вместо това, той действа като вид смазка за колосалния геоложки двигател на Земята. Понижава точката на топене и вискозитета на разтопената скала в мантията, каза той, насърчавайки бавната циркулация на това, което може да се опише като гъста, тежка супа от гореща скала. Това от своя страна оживява тектоничните плочи на повърхността – континенталните и океанските плочи – и доставя на планетата трайна еволюционна жизненост.
С течение на времето дълбоко изолираната вода постепенно си проправи път обратно към повърхността чрез бавното движение на магмата. Това е допринесло за формирането на първичната атмосфера и океаните, каза той. Водата, запечатана в ранната структура на Земята, вероятно е послужила като решаващата сила, която в крайна сметка е довела до трансформацията на планетата от разтопен ад в синия, годен за живеене свят днес.
Изследването е подкрепено от Китайската академия на науките, Националната фондация за природни науки на Китай, Министерството на науката и технологиите, Фондацията за основни и приложни фундаментални изследвания на Гуангдонг и Китайската постдокторска научна фондация.
[email protected]
Нашия източник е Българо-Китайска Търговско-промишлена палaта