Планета-печь и исчезающие океаны: секрет выживания воды, который Земля скрывала миллиарды лет

Вода ранней Земли сохранялась глубоко в мантии — Китайская академия наук

Вопрос о том, как Земля сумела сохранить воду в самый экстремальный период своей истории, десятилетиями оставался одной из ключевых загадок планетологии. В эпоху глобального океана магмы планета выглядела полностью лишённой шансов удержать летучие вещества. Однако новое исследование показывает, что вода могла выжить благодаря процессам, скрытым глубоко под поверхностью.

Фото: Анна Маляева is licensed under Publik domain

Горячая планета

Земля в эпоху магматического океана

Около 4,6 млрд лет назад формирующаяся Земля представляла собой раскалённую лавовую планету. Частые столкновения с протопланетными телами поддерживали поверхность и недра в почти полностью расплавленном состоянии, формируя глобальный океан магмы. Подобные события оставляли следы, которые сегодня помогают реконструировать раннюю историю планеты, включая древние метеоритные удары, повлиявшие на эволюцию земной коры.

Температуры были настолько высокими, что жидкая вода не могла существовать ни на поверхности, ни в атмосфере. Любая влага, по классическим представлениям, должна была либо испариться, либо быть унесённой в космос солнечным ветром.

Неожиданный резервуар в глубинах мантии

Сегодня океаны покрывают около 70 % поверхности Земли, и этот контраст с ранним состоянием планеты давно интриговал учёных. Новое исследование под руководством профессора Чжисюэ Ду из Гуанчжоуского института геохимии Китайской академии наук предлагает иной сценарий: вода могла не исчезнуть, а временно "спрятаться" в недрах.

Ключевым элементом этой гипотезы стал бриджманит — самый распространённый минерал нижней мантии. По данным работы, его кристаллическая решётка способна удерживать воду на атомном уровне, превращая мантию в скрытый и долгоживущий резервуар влаги.

Экстремальные эксперименты и новые технологии

Ранее считалось, что бриджманит почти не удерживает воду, однако такие выводы основывались на экспериментах при относительно низких температурах. Команда профессора Ду смоделировала условия глубин мантии — на глубинах более 660 км — с помощью установки с алмазными наковальнями и лазерным нагревом до примерно 4100 °C.

Для анализа крошечных образцов использовались NanoSIMS, криогенная трёхмерная электронная дифракция и атомно-зондовая томография. Эти методы позволили подтвердить, что вода действительно структурно встроена в бриджманит, а не присутствует в виде случайных примесей. Об этом сообщает Scitech Daily.

Горячее прошлое и долговременные последствия

Результаты показали, что с ростом температуры способность бриджманита удерживать воду резко увеличивается. Это означает, что в период магматического океана нижняя мантия могла накапливать гораздо больше воды, чем предполагалось ранее. Такой вывод меняет представление о "сухой" нижней мантии и дополняет современные модели эволюции планеты, включая процессы, влияющие на вращение Земли и её физические параметры.

Моделирование показало, что после затвердевания океана магмы именно нижняя мантия стала крупнейшим водным хранилищем твёрдой Земли. По оценкам, её водоёмкость могла быть в 5-100 раз выше прежних расчётов, а общий объём связанной воды достигал от 0,08 до 1 объёма современных океанов.

Вода как двигатель геологической эволюции

Сохранённая в глубинах вода сыграла активную роль в дальнейшей судьбе планеты. Она снижала температуру плавления и вязкость мантийных пород, облегчая их движение. Это способствовало запуску тектоники плит, вулканизму и устойчивой геологической эволюции.

Со временем часть этой воды возвращалась на поверхность через магматические процессы, участвуя в формировании первичной атмосферы и океанов. Именно этот долгий внутренний цикл, по мнению исследователей, помог Земле перейти от состояния раскалённой лавовой планеты к стабильному и пригодному для жизни миру.

Прежние и новые представления

Ранее считалось, что нижняя мантия почти лишена воды и играет второстепенную роль в водном балансе планеты. Новые данные показывают противоположную картину: при высоких температурах бриджманит становится эффективным накопителем воды, а мантия — ключевым элементом глобального водного цикла.

Плюсы и минусы новой гипотезы

Новая модель имеет ряд сильных сторон, но при этом остаётся предметом научной дискуссии.

позволяет объяснить сохранение воды без привлечения внешних источников;
согласуется с данными о тектонике плит и вулканической активности;
даёт целостную картину долгосрочной эволюции планеты.
требует дальнейшей проверки с использованием независимых геохимических и сейсмологических данных;
основана на моделировании экстремальных условий, которые сложно воспроизвести полностью.