Вода Земли достигает ядра: Новое исследование раскрывает динамическое взаимодействие ядра и мантии и глобальный круговорот воды
Новаторское исследование, проведенное международной группой ученых, включая исследователей из Аризонского государственного университета, позволило сделать удивительное открытие о глубинных недрах Земли. Исследование, опубликованное в журнале Nature Geoscience, показывает, что вода с поверхности планеты может проникать до самого ядра, что приводит к сложному взаимодействию между ядром и мантией и позволяет предположить более динамичный глобальный круговорот воды.
В течение многих лет сейсмологи ломали голову над тонким слоем, расположенным всего в нескольких сотнях километров под поверхностью Земли и известным как слой E prime. Его происхождение до сих пор оставалось загадкой. Ученые Дэн Шим, Тэхьюн Ким и Джозеф О'Рурк из Школы исследования Земли и космоса Аризонского государственного университета в своих исследованиях пролили свет на эту загадку. Они обнаружили, что вода с поверхности Земли может проникать вглубь планеты, изменяя состав самой внешней области металлического жидкого ядра и создавая отчетливый слой E prime.
В течение миллиардов лет вода с поверхности перемещалась вглубь Земли в результате субдукции, когда тектонические плиты опускаются в мантию. Когда вода достигает границы между ядром и мантией, расположенной на глубине около 1800 миль, она вступает в глубокое химическое взаимодействие, изменяющее структуру ядра.
Совместно с Йонг Дже Ли из Университета Йонсей (Южная Корея) Шим и его команда провели эксперименты под высоким давлением, чтобы продемонстрировать, как субдуцированная вода вступает в химическую реакцию с материалами ядра. В результате этой реакции в верхней внешней области ядра образуется богатый водородом и обедненный кремнием слой, который приобретает пленочную структуру. Кроме того, образуются кристаллы кремния, которые поднимаются вверх и интегрируются в мантию. Эти результаты согласуются с аномальными характеристиками, наблюдаемыми сейсмологами, такими как уменьшение сейсмических скоростей и снижение плотности в модифицированном жидком металлическом слое.
До сих пор преобладало мнение, что обмен веществом между ядром и мантией Земли минимален. Однако данное новаторское исследование опровергает это представление. Шим поясняет: "Когда вода достигает границы ядра и мантии, она вступает в реакцию с кремнием в ядре, образуя кремнезем". Он добавляет: "Это открытие в сочетании с нашим предыдущим наблюдением образования алмазов из воды, реагирующей с углеродом в железной жидкости под экстремальным давлением, указывает на гораздо более динамичное взаимодействие ядра и мантии, предполагающее существенный обмен материалами".
Это открытие существенно расширяет наше понимание внутренних процессов, происходящих на нашей планете. Оно свидетельствует о более обширном глобальном круговороте воды, чем считалось ранее, и подчеркивает глубокое влияние измененной "пленки" ядра на геохимические циклы, связывающие поверхностный круговорот воды с глубоким металлическим ядром.
Известный сейсмолог д-р Кэтрин Келли (Katherine Kelley) из Университета Род-Айленда так комментирует значение этого исследования: "Это исследование - революционное. Оно революционизирует наше понимание глубинных недр Земли и процессов, формирующих нашу планету".
В историческом контексте данное исследование опирается на предыдущие научные открытия, связанные с водой в недрах Земли. Доктор Стивен Якобсен из Северо-Западного университета, который в 2018 году в соавторстве с другими учеными опубликовал исследование, свидетельствующее о существовании огромного резервуара воды в глубинах мантии Земли, отмечает: "Эти результаты являются замечательным продолжением нашего пути к разгадке тайн воды на нашей планете. Они служат еще одним доказательством сложных взаимодействий, происходящих в глубинах Земли".