Минералы на границе ядра и мантии способны удерживать воду

Вода скрывается не только в океанах, реках и ледниках. Огромные запасы жидкости находятся в тысячах километров под поверхностью — внутри минералов, сжатых колоссальным давлением. Исследование в журнале Nature Geoscience подтверждает: два ранее неизвестных минерала могут хранить воду в непосредственной близости от земного ядра.

Влага в глубоких слоях планеты играет техническую роль. В мантии, толщина которой достигает 2900 км, даже малые дозы воды размягчают породу. Это позволяет камню медленно течь и деформироваться. Такие движения запускают тектонические циклы: они регулируют климат на протяжении тысячелетий и обеспечивают круговорот химических элементов между недрами и поверхностью.

Загадка происхождения

Ученые спорят, как вода попала на такую глубину. По одной версии, богатые влагой астероиды оказались заперты внутри планеты еще в период ее формирования. По другой — изначально сухая мантия напиталась водой позже. До сих пор точно не было известно, в каких именно структурах жидкость удерживается на экстремальной глубине.

Новое исследование указывает на границу между нижней мантией и жидким внешним ядром. Сейсмические волны фиксируют там аномальные участки — зоны сверхнизких скоростей. Их природа оставалась тайной, но теперь появились конкретные зацепки.

Нижняя мантия (от 660 до 2900 км) состоит в основном из бриджманита и ферропериклаза. Эти минералы считаются сухими. Большинство других соединений при местной температуре просто распадаются. Чтобы найти исключения, ученые имитировали условия земных глубин в лаборатории. Они использовали алмазные наковальни с лазерным нагревом: крошечные образцы сжимали между алмазами и раскаляли до предела. Эксперимент выявил две ранее неизвестные фазы оксигидроксидов железа — Fe5O12Hx и Fe7O12Hx.

Результаты эксперимента

Оба соединения остаются стабильными в условиях нижней мантии и удерживают значительный объем воды. Примечательно, что для их формирования не нужны излишки влаги. В некоторых опытах материалу требовалось менее 0,1% воды, чтобы водород стабилизировал структуру.

Это уточняет представление о строении планеты. Глубинная вода — не подземный океан и не скопления жидкости в полостях. Она заперта в кристаллической решетке специфических минералов. Найденные оксигидроксиды обладают высокой плотностью, превосходящей плотность окружающих пород. Это объясняет сейсмические странности, которые ученые наблюдают на большой глубине.