Часть воды, существовавшей еще во время формирования Земли, может до сих пор сохраняться в глубинах планеты в соединениях железа. Международная группа ученых впервые синтезировала два минерала, способных удерживать водород в условиях нижней мантии, сообщает Phys.org со ссылкой на исследование, опубликованное в журнале Nature Geoscience.
На существование запасов воды в глубинах Земли ранее указывал химический состав вулканических пород, обнаруженных на Баффиновой Земле в Канаде и в Исландии. Однако исследователи не знали, какие вещества способны сохранять воду при огромных давлениях и высоких температурах, характерных для глубин в тысячи километров.
Читайте нас также
Группа под руководством ученых Байройтского университета получила два соединения железа - Fe₅O₁₂Hₓ и Fe₇O₁₂Hₓ. Для экспериментов образцы помещали между алмазными наковальнями, сжимали и нагревали с помощью лазеров.
В лаборатории удалось создать давление от 78 до 198 гигапаскалей при температуре от 2400 до 2800 кельвинов. Состав и структуру получившихся веществ определили с помощью синхротронного рентгеновского излучения.
Соединения образовывались как в насыщенных водой смесях, так и в образцах с небольшим содержанием водорода.
Одним из источников воды для их формирования мог стать древний магматический океан, который существовал над границей земного ядра и мантии. По мере остывания расплав накапливал железо и воду, создавая условия для образования соответствующих соединений.
Из-за высокой плотности эти минералы способны оставаться вблизи границы ядра и мантии на протяжении геологических эпох. Они могут удерживать как воду времен формирования планеты, так и водород, который позднее попал в ее недра вместе с погружающимися тектоническими плитами.
Особое внимание ученые уделили соединению Fe₅O₁₂Hₓ из-за высокого содержания водорода. Согласно расчетам, даже при концентрации около 1% в мантии этот минерал способен содержать значительную долю водорода силикатной части Земли. При этом его залежи, вероятно, распределены неравномерно.
Открытие может помочь объяснить некоторые сейсмические аномалии в районе границы между ядром Земли и мантией. Авторы исследования допускают, что насыщенные водой скопления таких соединений могут участвовать в образовании мантийных плюмов. При нагревании они плавятся и высвобождают воду и другие летучие вещества, которые вместе с расплавом могут подниматься к поверхности и участвовать в вулканических процессах.
