Загадочный глубинный сейсмический сигнал получил объяснение

Новое исследование химии кислорода и железа в экстремальных условиях земных недр может объяснить давнюю сейсмическую загадку — ультрамедленные зоны. Опубликованные в Nature результаты имеют далеко идущие последствия для понимания геологической истории Земли, включая такие события, как Великое кислородное событие, произошедшее 2,4 миллиарда лет назад.

Ультрамедленные зоны (УМЗ), расположенные на границе нижней мантии и ядра на глубине около 2900 км, известны учёным по необычному замедлению проходящих через них сейсмических волн. Хотя наблюдать этот регион напрямую невозможно, сейсмические измерения позволили визуализировать УМЗ, но не объяснить их природу.

Ответ на эту загадку даёт химия железа и кислорода в условиях глубинных недр. Согласно исследованию под руководством Хо-Кванга (Дейва) Мао из Института Карнеги, вода, содержащаяся в минералах, которые погружаются в недра из-за тектоники плит, под экстремальным давлением и температурой может разлагаться. Высвобождающийся кислород способен соединяться с железом из ядра, образуя новый высокобарический минерал — пероксид железа (FeO₂). Команда полагает, что до 300 миллионов тонн воды ежегодно может переноситься в недра, формируя обширные резервуары диоксида железа, которые и являются источником УМЗ.

Эксперименты с использованием лазерно-нагреваемой алмазной наковальни для создания условий, имитирующих глубины Земли, показали, что смесь обычной мантийной породы с 40–50% пероксида железа имеет ту же сейсмическую сигнатуру, что и загадочные УМЗ.

Один из самых интригующих аспектов открытия — возможность существования гигантского резервуара кислорода в глубинах планеты. Его периодический выброс на поверхность в ранней истории Земли мог кардинально изменить атмосферу, потенциально объяснив резкий рост содержания кислорода 2,4 миллиарда лет назад.

«Обнаружение существования гигантского внутреннего кислородного резервуара имеет множество далеко идущих последствий, — пояснил Мао. — Теперь нам следует пересмотреть последствия спорадических выбросов кислорода и их связь с другими крупными событиями в истории Земли, такими как образование полосчатых железных руд, "Земля-снежок", массовые вымирания, трапповый магматизм и рифтинг суперконтинентов».