Океан внутри Земли? Вода обнаружена на глубине сотен километров

Согласно международному исследованию с участием Института геонаук Франкфуртского университета имени Гёте, переходная зона между верхней и нижней мантией Земли содержит значительные количества воды. Немецко-итало-американская исследовательская группа проанализировала редкий алмаз, сформированный на глубине 660 километров, с помощью методов, включая рамановскую спектроскопию и FTIR-спектрометрию. Исследование подтвердило давнюю теорию о том, что морская вода сопровождает погружающиеся тектонические плиты и таким образом попадает в переходную зону. Это означает, что круговорот воды на нашей планете включает в себя недра Земли.

Переходная зона (ТZ) — это пограничный слой, разделяющий верхнюю и нижнюю мантию Земли на глубине от 410 до 660 километров. Огромное давление до 23 000 бар в этой зоне заставляет минерал оливин, составляющий около 70% верхней мантии, менять свою кристаллическую структуру. На верхней границе зоны (около 410 км) он превращается в более плотный вадслеит, а на 520 км — в ещё более плотный рингвудит.

«Эти минеральные превращения сильно затрудняют движение пород в мантии», — объясняет профессор Франк Бренкер. Например, мантийные плюмы (восходящие потоки горячей породы) иногда останавливаются прямо под переходной зоной. Движение масс в обратном направлении также прекращается. «Погружающиеся плиты часто с трудом прорываются через всю переходную зону. Под Европой в этой зоне находится целое кладбище таких плит», — говорит Бренкер.

Плотные минералы вадслеит и рингвудит могут хранить огромные количества воды — теоретически переходная зона способна поглотить объем, в шесть раз превышающий количество воды в океанах Земли. Однако до сих пор не было известно, действительно ли она это делает.

Ответ дало новое исследование. Учёные проанализировали алмаз из Ботсваны, сформировавшийся на глубине 660 км, на границе переходной зоны и нижней мантии. Анализы показали, что камень содержит многочисленные включения рингвудита с высоким содержанием воды. Химический состав алмаза оказался практически идентичен составу фрагментов мантийных пород, находимых в базальтах по всему миру, что подтвердило его «нормальное» мантийное происхождение.

«В этом исследовании мы продемонстрировали, что переходная зона — не сухая губка, а содержит значительные количества воды», — заявляет Бренкер. Он добавляет, что это приближает нас к идее Жюля Верна об океане внутри Земли, с той разницей, что там не океан, а гидратированная порода, которая не была бы мокрой на ощупь.

Высокое содержание воды в переходной зоне имеет далеко идущие последствия для динамики недр Земли. Это можно увидеть на примере горячих мантийных плюмов, которые, застревая в переходной зоне, нагревают её. Это приводит к образованию новых, меньших плюмов, которые поглощают хранящуюся там воду. Когда эти обогащённые водой плюмы поднимаются выше и достигают верхней мантии, высвобождаемая вода понижает температуру плавления материала, заставляя его плавиться раньше. В результате породы в этой части мантии становятся менее вязкими, что придаёт массовым движениям больше динамики. Таким образом, переходная зона, обычно являющаяся барьером, превращается в драйвер глобальной циркуляции материала.