Перевернутый ответ на загадку недр Земли: данные указывают на «ловушку плотности» в ранней мантии

В новом исследовании, опубликованном в журнале Nature, международная группа ученых предложила новое объяснение давней геохимической загадке: почему в недрах Земли до сих пор сохранились легкие элементы, такие как гелий и аргон, которые обычно должны были бы улетучиться в атмосферу в ходе вулканической дегазации. Ученые из Университета Райса, Мичиганского университета и Калифорнийского университета в Беркли предполагают, что около 3,5 миллиардов лет назад, когда недра планеты были значительно горячее, на глубине около 400 километров могла сформироваться «ловушка плотности».

Ключевым в этой гипотезе является редкое геофизическое состояние, при котором расплавленная порода (жидкость) становится плотнее окружающего твердого вещества. В современной, более холодной мантии расплавы всегда менее плотны и поднимаются к поверхности, формируя вулканы и высвобождая газы. Однако в ранней горячей Земле плавление происходило глубже и порождало плотные расплавы. Они не поднимались, а задерживались, кристаллизовались и в итоге могли тонуть, увлекая захваченные летучие элементы в нижнюю мантию.

Этот механизм предлагает альтернативу доминирующей теории о существовании изолированного с древнейших времен «первичного резервуара» в нижней мантии. «Люди предполагали, что захваченные элементы должны находиться в резервуаре, который никогда не плавился, — говорит ведущий автор работы, профессор Син-Ти Ли. — Но появляется все больше свидетельств, что вся мантия плавилась хотя бы раз. Мы предлагаем механизм, при котором плавление происходило, но газы не улетучивались, потому что расплавленный материал так и не поднялся на поверхность».

Предложенная «перевернутая» модель, где расплавы тонут, а не всплывают, не только объясняет сохранение легких элементов, но и может пролить свет на другие геохимические и геофизические аномалии. Авторы отмечают, что их гипотезу можно проверить сейсмическими методами, что в любом случае стимулирует новые исследования и получение данных о строении мантии.