Новое исследование показывает, как вода переносится в недра нашей планеты

Новое исследование учёных из ETH Zürich помогло выяснить, каким образом вода транспортируется в глубинные недра Земли. Согласно данным, внутренние слои планеты могут содержать более чем в три раза больше воды, чем все океаны вместе взятые, причём она существует в структуре силикатных материалов, стабильных в условиях высоких давлений и температур.

Вода играет критическую роль не только в поверхностных процессах, но и в глубоких геологических процессах, формирующих эволюцию Земли. Даже небольшие количества воды, включённые в структуру минералов, сильно влияют на их стабильность, поведение и фазовые равновесия. Глобальные процессы, такие как конвекция в мантии, тектоника плит, а также землетрясения и извержения вулканов, в значительной степени зависят от активности этой воды.

Вода возвращается в недра Земли гидратированными тектоническими (океаническими) плитами в зонах субдукции. Часть её высвобождается при разложении водосодержащих минералов и фаз под действием высокого давления и температуры и возвращается на поверхность через вулканизм. Однако значительная доля сохраняется в новообразованных высокобарических гидратированных фазах, стабильных на больших глубинах, что позволяет воде циркулировать в мантии глубже 400 км. Точное количество воды, хранящейся в твёрдой Земле, и масштабы её рециркуляции на поверхность остаются предметом изучения.

Команда под руководством Кармен Санчес-Валье разработала новые аналитические методики для исследования этих процессов. Ключевыми кандидатами для транспорта воды на глубину являются так называемые «алфавитные» фазы (фаза A, E, D и сверхгидротированная B), открытые в лабораторных экспериментах в середине 1960-х годов. Для изучения их свойств в условиях, аналогичных земным недрам, используется алмазная наковальня, которая позволяет сжимать микрометровые образцы под огромным давлением, а также нагревать их лазерами.

«Наши комплексные исследования гидратированных фаз позволили впервые интерпретировать сейсмические аномалии, наблюдаемые в глубоко погружённых плитах, — говорит Санчес-Валье. — Работа показала, что гидратированные плиты, проникающие ниже переходной зоны в таких областях, как Тонга, могут содержать не менее 1,2% по весу воды, связанной в плотной гидратированной фазе D. Дегидратация фазы D на больших глубинах является потенциальным механизмом, запускающим очень редкие глубокофокусные землетрясения, а высвобождаемая вода оказывает важное влияние на геодинамическую и геохимическую эволюцию глубинных недр Земли».