Горячая мантия ранней Земли могла привести к возникновению архейского «водного мира»
Согласно новому исследованию, в раннем архее, 4–3,2 миллиарда лет назад, из-за более горячей, чем сегодня, мантии Землю мог покрывать обширный глобальный океан. Эти выводы бросают вызов прежним представлениям о постоянстве объема глобального океана в истории Земли и дают представление о том, как он мог меняться.
Основная масса поверхностной воды сосредоточена в океанах, но существует и второй резервуар — в недрах Земли, где вода в форме водорода и кислорода связана с минералами мантии. Исследование в журнале AGU Advances оценило, сколько воды мантия может содержать сейчас и сколько могла хранить в прошлом. Поскольку ранняя Земля была горячее, её мантия, вероятно, содержала меньше воды, так как минералы удерживают меньше воды при высоких температурах. Если современная мантия содержит более 0,3–0,8 массы океана, то в раннем архее, при температуре мантии около 1900–3000 K (против 1600–2600 K сегодня), на поверхности мог существовать более крупный океан.
Наличие более обширного океана могло повлиять на состав ранней атмосферы и уменьшить альбедо планеты, что, в свою очередь, сказалось бы на климате и условиях для возникновения первой жизни. «Легко забыть, что глубокие недра планеты действительно важны для того, что происходит на поверхности», — отметила соавтор работы Ребекка Фишер. Если мантия может удержать лишь определенное количество воды, излишек должен найти другое место, поэтому процессы на глубине в тысячи километров могут иметь серьезные последствия.
Уровень моря оставался относительно стабильным последние 541 миллион лет, но оценить его для архея сложнее из-за скудности геологических свидетельств. Хотя вода может перемещаться между океаном и недрами через тектонику плит, масштабы этого потока плохо изучены, что ранее заставляло ученых предполагать постоянство объема океана.
В новом исследовании Джанджи Донг создал модель для оценки общего объема воды, который мантия могла хранить в зависимости от температуры, используя данные о водоёмкости различных мантийных минералов. Ученые связали эти оценки с объемом поверхностного океана по мере остывания Земли. Геофизик Джун Коренага отметил, что это первая работа, напрямую связавшая данные минеральной физики о хранении воды в мантии с размерами океана.
Авторы подчеркивают неопределенность оценок, например, из-за недостаточного понимания водоёмкости бриджманита — основного минерала нижней мантии. Тем не менее, работа проливает свет на эволюцию глобального океана и помогает лучше понять круговорот воды на Земле и других планетах, что важно для поиска условий, пригодных для жизни. Сейсмолог Сюзан ван дер Ли отметила ценность количественных оценок эволюции водного бюджета как для изучения современной мантии, так и для поиска воды на экзопланетах.
В настоящее время Донг и Фишер применяют тот же подход для расчета объема воды, который может содержаться внутри Марса. «Сегодня Марс выглядит очень холодным и сухим. Но множество геохимических и геоморфологических данных указывает, что на поверхности раннего Марса могла быть вода — и даже небольшой океан, — поэтому понимание круговорота воды на Марсе вызывает большой интерес», — сказал Донг.