В мантии Земли воды больше, чем в мировом океане! Вода мантии
В мантии Земли найдены гигантские запасы воды
Правообладатель иллюстрации Thinkstock Image caption Запасов воды в подземном океане достаточно, чтобы затопить планету до верхушек высочайших гор Огромные запасы воды, в три раза превышающие объем мирового океана, обнаружены в недрах Земли. Это открытие может бросить свет на происхождение воды на нашей планете.
Вода эта содержится в горной породе рингвудит, которая залегает на глубине 700 км в земной мантии. Это форма уже давно известного минерала оливина, из которого в основном состоит земная мантия.
Огромные размеры этого водного резервуара подтверждают гипотезу о том, что вода на нашей планете возникла в процессе ее формирования еще на самых ранних этапах эволюции Солнечной системы.
Этой гипотезе всегда противостояла другая - что вода на Землю была принесена кометами примерно в тот же период.
"Эти данные подтверждают, что вода на Земле имеет внутреннее происхождение", - говорит доктор Стивен Джейкобсен из Северо-Западного университета в штате Иллинойс, который возглавлял группу исследователей.
Об открытии пишет журнал New Scientist.
Загадки земной воды
Эти скрытые гигантские запасы воды могут также объяснить, почему в течение миллиардов лет объем мирового океана остается в целом неизменным.
Правообладатель иллюстрации JOE SMYTH Image caption Минерал рингвудит, вероятно, имеет голубой оттенокУченые воспользовались показаниями 2 тысяч сейсмографов, которые фиксировали акустические колебания, порожденные в ходе более, чем 500 землетрясений.
"Такие акустические колебания заставляют Землю звенеть как колокол в течение нескольких дней после подземного толчка", - говорит доктор Джейкобсен.
Породы, насыщенные водой, задерживают такие колебания больше, чем сухие. Джейкобсен заранее рассчитал, насколько изменится скорость акустических волн при прохождении через породы, состоящие из минерала рингвудит.
Если бы этот подземный резервуар воды не располагался на большой глубине, он существовал бы на поверхности Земли, и тогда бы над морем возвышались бы только горные вершиныДоктор Стивен Джейкобсен, Северо-западный университет в штате ИллинойсНаблюдения за распространением сейсмических волн при землетрясениях показывают, что их скорость резко меняется на границе верхней и нижней мантий Земли на глубине 410-660 километров.
Ученые предположили, что это происходит из-за изменений, которые претерпевает на большой глубине структура минерала оливина, составляющего большую часть верхней мантии.
Правообладатель иллюстрации Thinkstock Image caption Загадка происхождения воды на Земле давно не дает покоя ученымЭту форму оливина назвали рингвудитом. До сих пор никто не видел рингвудит, извлеченный из земной мантии, так как глубина, на которой он должен залегать, слишком велика для добычи образцов.
Недоступная вода
И действительно, сейсмографы подтвердили существование залежей рингвудита в переходной зоне между верхними и нижними слоями мантии. На этой глубине температура и давление способствуют выделению воды из минерала.
"Это зернистая порода, и вода выделяется в пространстве между конкрециями, как будто минерал потеет", - говорит ученый.
Правообладатель иллюстрации RICHARD SIEMENS Image caption Первый алмаз со следами рингвудита был обнаружен в БразилииКанадские геохимики из университета Альберты в Эдмонтоне во главе с Грэмом Пирсоном ранее получили данные, подтверждающие результаты американских коллег.
Пирсон изучал алмазы, вынесенные на поверхность с вулканической лавой, и обнаружил в них признаки присутствия минерала рингвудит. Это стало первым свидетельством того, что в земной мантии могут содержаться большие запасы воды.
Пока что Джейкобсен имеет данные о том, что рингвудит присутствует только на территории США. Сейчас он хочет доказать, что этот минерал присутствует в мантии всей планеты.
"Мы должны быть благодарны за этот подземный водный резервуар, - говорит американский геохимик. - Если бы его там не было, он существовал бы на поверхности Земли, и тогда бы над морем возвышались бы только верхушки самых высоких гор".
Запасы воды в земной мантии
Необычный алмаз, обнаруженный международной группой ученых, позволил сделать необычное предположение – хотя специалисты считали, что в составе земной мантии в основном минералы, на глубине более пятисот километров под земной поверхностью может находиться большое количество воды.
Если ученые не ошиблись, то именно огромный подземный океан отвечает за множество явлений, в числе которых тектоника плит, а также извержения вулканов и землетрясения, которая она вызывает. Результаты исследования появились на сайте научного издания The Nature.
Вывод о существовании подземного океана был сделан в 2008 году, когда в вымоине недалеко от бразильского города Жуин обнаружился необычный алмаз. Его внешний вид был довольно непримечателен – из-за низкого качества его даже хотели выбросить – но в составе обнаружились следы минерала рингвудита — одной из форм оливина, минерала, который входит в состав мантии. Основное его отличие от оливина в том, что для его образования необходима вода, которая составляет несколько процентов массы минерала. До этого момента ученые получали рингвудит только в лабораторных условиях или находили его в составе метеоритного вещества.
Геологи до сих пор полностью не разобрались в процессах, происходящих глубоко под поверхностью земли. Ученым пока удалось исследовать скважину глубиной 12 километров, пробуренную российскими специалистами на территории Кольской сверхглубокой скважины в Мурманской области. Существующий уровень технологического развития не позволяет взять пробы из мантии.
Еще сложнее провести исследование «зоны перехода» между верхней и нижней мантией. Она находится на глубине около 520-660 километров. Под этой зоны вещество мантии становится настолько плотным из-за огромного давления, что на него уже не действуют тектонические сдвиги, происходящие на поверхности. Изучить процессы, происходящие на такой глубине, можно только по случайным выбросам породы в результате извержений вулканов. По предположению специалистов, изучавших бразильский алмаз, это разделение можно объяснить водяной прослойкой между верхней и нижней мантией. Причем, воды может быть больше, чем во всех земных океанах вместе взятых.
По словам одного из авторов исследования канадца Грэма Пирсона из Альбертского университета в Эдмонтоне, это не океан, описанный Жюлем Верном, по которому можно проплыть на лодке. Ученый отметил, что вода может попадать в мантию через так называемые зоны субдукции, в которых одни блоки коры опускаются под другие из-за тектонических сдвигов. По предварительным оценкам, в тех слоях доля воды составляет примерно 1%. В результате реакций, происходящих при высоких температурах и огромного давлением, там сформировался рингвудит, который попал внутрь алмаза, который вынесло на поверхность извержение вулкана.
Пирсон считает, что с течением времени рингвудит может превратиться в обычный оливин, поэтому им крупно повезло, что минерал сохранился в алмазе в изначальной форме.
По предположению ученых, вода, находящаяся в зоне перехода может растворяться в магме, достигая самого дна континентальных плит и размягчая их. В результате появляются «слабые места», из которых магма под большим давлением вырывается на поверхность или «выталкивает» участки коры Земли, вызывая землетрясения.
Данная теория опровергает существующие представления о причинах тектоники плит, объясняющие их мантийными теплогравитационными течениями – конвекцией, которая вызвана разностью температур в центральных областях планеты. Также сильное влияние на тектонику плит оказывают приливные силы Луны и сила Архимеда, так как фактически плиты «плавают» в расплавленной мантии.
tainy.net
Древний источник земных океанов
Рингвудит — крайне редкая находка, так как он и его собрат вадслеит «обитают» на большой глубине — 410—660 километров — в так называемой транзитной зоне между верхней и нижней мантией Земли. По данным экспериментов, эти минералы способны содержать в сотни раз больше воды, чем оливин. Если найденный исследователями кристалл рингвудита — типичный представитель транзитной зоны, то в ней, по расчетам ученых, должно содержаться несколько океанов воды.
«Возникает вопрос: когда она там появилась? Данные, опубликованные в 2014 году, получены по включению в алмазе, вынесенном из глубокой мантии около 100 млн лет назад. Возраст этого алмаза и включенного рингвудита неизвестен. Может быть, несколько сот миллионов, а может быть, и несколько миллиардов лет. Наше исследование показывает, что эта вода существовала уже 2,7 миллиарда лет тому назад», — сказал Александр Соболев, ведущий автор статьи с результатами исследования, опубликованной в журнале Nature.
Как «заглянуть» в земную мантию
Для того чтобы оценить возраст залежей воды в мантии, Соболев и его коллеги исследовали магматическую породу коматиит. Напрямую пробурить скважину глубиной сотни километров и взять образцы магмы невозможно. Поэтому в распоряжение исследователей попадают образцы магмы из транзитной зоны, которые вышли на поверхность в составе мантийных плюмов — горячих потоков в основном твердого пластичного вещества, поднимающихся в мантии от ядра Земли к ее поверхности со скоростью до нескольких метров в год.
Образцы коматиитов исследователи собирали в зеленокаменном поясе Абитиби в Канаде. Там находятся остатки древней океанической коры, значительно деформированные и измененные за миллиарды лет.
Включение расплава в оливине коматиитов. Иллюстрация предоставлена Александром Соболевым«Мы ищем остатки оливинов в этих породах и заглядываем внутрь них, чтобы найти включения расплава, которые были захвачены 2,7 миллиарда лет назад. Эти капельки расплава размером тоньше человеческого волоса дают нам нужную информацию, так как сохранились в оливине нетронутыми. В них-то мы и нашли воду в количестве 0,6% — в 20—50 раз более того, что можно было предполагать», — рассказал ученый.
Откуда взялись океаны
Исследователи полагают, что транзитная зона в древности могла служить основным источником воды для океанов на поверхности Земли.
Современные мантийные плюмы холоднее тех, что были миллиарды лет назад, коматииты же, образовавшиеся более 2,5 миллиарда лет назад, представляют собой высокую степень плавления мантии. Более горячие плюмы, проходя через транзитную зону, захватывали из нее воду и «тащили» с собой на поверхность, в то время как более холодные плюмы в наше время проходят через транзитную зону, практически не обмениваясь с ней веществом.
«Древние плюмы были на 200 градусов горячее, чем современные: 1800 против 1600 градусов Цельсия. Этих 200 градусов достаточно, чтобы плюмы были частично расплавлены в транзитной зоне. В таком случае расплав вбирает в себя воду и выносит ее на поверхность. А современные плюмы выносят воду из нижней мантии, где ее не очень много», — пояснил Соболев.
Как и когда вода попала в мантию?
До сих пор считалось, что вода попадает в глубокую мантию Земли в результате процесса субдукции. Земная поверхность состоит из литосферных плит. Плиты постоянно движутся, хотя и очень медленно — сантиметры в год, образуя непрерывный конвейер, наращиваясь в срединно-океанических хребтах с одной стороны и погружаясь одна под другую (это и называется субдукцией) с другой. Уходя вниз, плита уносит с собой то, что было на ее поверхности, в том числе «тащит» за собой воду в составе водосодержащих минералов, образующихся на дне океанов. Часть этой воды в конце концов попадает в переходную зону земной мантии, где сохраняется в глубинных родственниках оливина — рингвудите и вадслеите.
«Однако движение литосферных плит на Земле, по-видимому, началось не сразу. По крайней мере, 3 миллиарда лет назад, а может быть даже позже. А мы показали, что избыток воды уже был в переходной зоне 2,7 миллиарда лет тому назад. Что-то не сходится: либо тектоника плит началась раньше, либо вода туда попала с самого начала образования Земли. Это один из основных вопросов, которые появились в результате нашего исследования», — объяснил ученый.
Для того чтобы исследовать этот вопрос, Соболев и его коллеги в настоящее время проводят аналогичное исследование на коматиитах возрастом 3,5 миллиарда лет из Южной Африки.
«Я думаю, что вода, вероятно, была занесена астероидами или кометами на ранней стадии образования Земли, около четырех миллиардов лет назад, когда планета уже сформировалась в виде шара. Вопрос, когда именно это произошло и сколько воды, пока не решен, но я думаю, что мы его поднимем в самое ближайшее время. В этом нам помогает поддержка Российского научного фонда и исключительные современные возможности анализа микроскопических количеств вещества», — заключил исследователь.
chrdk.ru
Внутри Земли содержатся огромные секретные запасы воды
Наука Около 150 лет назад, Жуль Верн в своем произведении "Путешествие к центру Земли" описал огромное море, которое находится под поверхностью нашей планеты.
Теперь же ученые обнаружили огромный резервуар воды под мантией Земли, который больше чем все океаны вместе взятые.
Канадские исследователи из Университета Альберта проанализировали редкие минералы, которые указывают на большие запасы воды в мантии Земли на глубине 400-600 километров под поверхностью.
Минералы Земли: рингвудит
Доказательством этому служит минерал рингвудит, который появился из так называемой переходной зоны, расположенной между верхними и нижними слоями мантии Земли.
Анализ показал, что 1,5 процентов минерала составляют молекулы воды.
Находка подтверждает когда-то опровергаемую теорию о том, что переходная зона, или существенная ее часть богата водой.
Рингвудит назван в честь австралийского геолога Теда Рингвуда, который предположил, что определенный минерал должен был появиться в переходной зоне из-за очень высокого давления и температуры.
Читайте также: Откуда берется вода на планетах?
Специалисты уже давно стремились найти кусочек такого минерала. До этих пор рингвудит находили только в метеоритах. Геологам просто не удавалось копнуть достаточно глубоко, чтобы найти какие-то образцы на Земле.
В 2008 году один любитель наткнулся на крошечный камень, названный коричневым алмазом, диаметром всего 3 миллиметра. Так как он коммерчески не имел никакой ценности, его приобрели ученые. Это оказалось настоящей удачей.
Внутри они обнаружили микроскопические следы рингвудита – первое доказательство очень редкого минерала.
Коричневый алмаз, скорее всего, попал на поверхность во время извержения вулкана, будучи подхваченным потоком кимберлита – самого глубокого из вулканических пород.
Вода под Землей
Скорее всего, вода заключена в определенные породы в молекулярной форме гидроксила.
"В некотором роде внутри Земли находится океан, как это описал Жуль Верн… однако не в форме жидкой воды", - объяснил геолог Ганс Кепплер (Hans Keppler).
Если под корой Земли находятся большие объемы воды, это имеет большое влияние на процессы в вулканах и движение тектонических плит.
"Одной из причин, по которой Земля - такая динамичная планета, является присутствие какого-то количества воды внутри нее. Вода меняет все, что касается того, как устроена наша планета", - рассказали ученые.
Читайте также: 9 известных городов и стран, которые быстро идут под воду
Вода на Земле
· На нашей планете содержится около 1 260 000 000 000 000 000 000 литров воды.
· Вода находится в постоянном цикле: она испаряется из океанов, проходит через воздух, выпадает в виде дождя на землю и опять стекает в океаны.
· Около 70 процентов Земли покрыто океанами. Средняя глубина океана составляет 1 километр.
· 98 процентов воды на нашей планете находится в океанах и не пригодна для питья из-за соли.
· Около 2 процентов воды является пресной, но 1,6 процент заключен в ледниках на полюсах. Еще около 0,36 процентов запасов находятся под землей в водоносных слоях.
· Только около 0,036 процентов (тысячи триллионов литров) общих запасов воды находится в озерах и реках.
· Остальная часть воды на планете содержится в воздухе по мере испарения облаков и воды или заключено в растениях и животных. Наше тело состоит на 65 процентов из воды.
Перевод: Филипенко Л. В.
www.infoniac.ru
Редкий алмаз подтвердил наличие океанов воды в мантии Земли
Алмаз, переживший поездку из «ада», подтвердил давнюю теорию: в земной мантии прячутся океаны воды. «Это прямое подтверждение того, что есть очень, очень большое количество воды, замкнутой в ловушке в отдельном слое глубоко под Землей», — рассказал Грэм Пирсон, ведущий автор исследования и геохимик из Университета Альберты в Канаде. Результаты исследования были опубликованы 12 марта в журнале Nature.
Невзрачный на вид алмаз заключает в себе крошечный кусочек оливинового минерала рингвудита. Впервые этот минерал был обнаружен на поверхности Земли, а не в лаборатории или метеорите. Рингвудит формируется только в условиях экстремального давления на глубине не менее 515 километров вглубь Земли.
Что прячет мантия?
Большую часть объема Земли составляет мантия, горячий слой камня между корой и ядром. Расположенная слишком глубоко, чтобы добраться до нее при помощи бура, о мантии можно судить только по двум уликам: по метеоритам и по кускам породы, поднятой вулканами. Во-первых, ученые считают, что состав мантии идентичен составу метеоритов типа хондритов, которые состоят главным образом из оливина. Во-вторых, лава, которую изрыгают вулканы, иногда поднимает из мантии кусочки минералов, которые намекают на высокую температуру и давление, которым подвергается оливин в недрах Земли.
За последние десятилетия ученые также воссоздали мантию в лабораториях, нагревая оливин лазерами, выстреливая минералами из массивных орудий и сжимая камни в алмазных наковальнях, имитирующих недра Земли.
Лабораторные исследования показали, что оливин принимает разные формы в зависимости от глубины, на которой обнаруживается. По мере роста давления образуются новые формы кристаллов. Изменения скорости волн землетрясений также поддерживают эту модель. Сейсмические волны ускоряются или замедляются на определенной глубине в мантии. Ученые предполагают, что эти зоны скорости формируются в зависимости от типа оливина. К примеру, на глубине от 520 до 660 километров, оливин должен становиться рингвудитом. Но до нынешних пор ни у кого не было прямых доказательств того, что на этой глубине он вообще есть.
«Большинство людей (в том числе и я) ожидали, что никогда не увидят такой образец. Образцы из переходных зон и нижней мантии чрезвычайно редки и встречаются только в нескольких необычных алмазах», — рассказал Ганс Кепплер, геохимик из Университета Байройта в Германии.
Глубочайший океан Земли
Алмаз из Бразилии подтверждает, что модели корректны. Оливин становится рингвудитом на такой глубине, а этот слой называется переходной зоной мантии. Также находка разрешает долго текущие дебаты о наличии воды в этой самой зоне. Рингвудит на 1,5 % состоит из воды, представленной не в жидком виде, а в виде ионов гидроксильной группы. Результаты говорят о том, что в переходной зоне мантии может быть очень много воды (на глубине от 410 до 660 километров под Землей).
«Это приводит к невероятно большому массиву воды, который по объемам может сравниться со всеми мировыми океанами», — рассказал Пирсон.
Тектоника плит перерабатывает земную кору стягивая и растягивая плиты океанической коры в зонах субдукции, где она погружена в мантию. Эта кора, пропитанная океаном, сливает воду в мантию. Многие из таких плит в конечном счете застревают в переходной зоне мантии. Ученые считают, что значительная часть воды в мантии берется именно отсюда. Переходная зона становится кладбищем субдуцируемых плит.
Кепплер отметил, что есть возможность того, что вулканическое извержение, которое вывело на поверхность алмаз из глубин Земли, случилось в крайне насыщенной водой части мантии, и не весь слой переходных зон может быть так насыщен водой, как это показал рингвудит.
«Если источником магмы стал необычный резервуар в мантии, есть возможность того, что другие места в переходной зоне содержат меньше воды, чем нашли в рингвудите Пирсон и коллеги, — пишет Кепплер. — Тем не менее в свете этого образца, модели с безводными или бедными водой переходными зонами кажутся маловероятными».
Поездка на ракете
Жестокое извержение вулкана, которое называется кимберлитовым, очень быстро доставило этот отдельный алмаз из глубин мантии. «Кимберлитовое извержение похоже на брошенный «ментос» в бутылку с колой. Это очень энергичная газовая реакция, которая находит свой путь к поверхности Земли».
Крошечный зеленый кристалл, шокированный 525-километровым путешествием на поверхность, был куплен у алмазодобывающей компании в Джуине, Бразилия. Алмазы из самых глубин, как правило, деформированы и избиты долгим путешествием. Пирсон говорит, что глядя на них, можно подумать, что те приехали напрямую из ада. Такие алмазы не представляют никакой коммерческой ценности, но геологам они дают уникальную возможность заглянуть вглубь Земли.
Открытие рингвудита произошло случайно, когда Пирсон и его коллеги искали способы характеризации алмазов. Ученые полагают, что тщательная обработка образцов является ключом к поиску большего количества рингвудита, поскольку нагревание алмазов на глубине, как и полировка учеными алмазов в процессе анализа, приводит к тому, что оливин изменяет форму.
«Мы думаем, что возможно рингвудит находили и ранее, но те методы, которыми они обрабатывали образцы, привели к тому, что образцы возвращались в форму, которая образуется при низком давлении».
Чего еще мы не знаем о Земле?
hi-news.ru
В мантии Земли воды больше, чем в мировом океане!
В этом году в научных журналах опубликовали результаты открытия, которое в корне меняет представление современной науки о строении нашей планеты. Ученые выяснили, что в сотнях километров от поверхности земли содержатся огромные запасы воды, превышающие даже объем мирового океана! Но находятся они в виде гидроксильных групп, входящих в состав минерала рингвудита.
Во время землетрясений ученые наблюдали за распространением сейсмических волн. Было замечено, что во время прохождения границы верхней и нижней мантии планеты (410-660 километров), скорость волн резко менялась. Выдвинулось предположение, что это явление происходит вследствие изменения структуры минерала оливина. Оливин — это породообразующий минерал, из которого преимущественно состоит слой верхней мантии. Данная форма оливина носит название рингвудит. Минерал находится на значительной глубине (550-660 км), что для современных технологий делает невозможным взятие его образца.
Долгое время рингвудит оставался загадкой для ученых и его существование подтверждалось лишь теоретически. Но, как говорится, нет ничего тайного, чтобы когда нибудь оно не стало явью. В 2008 году в Бразилии был найден интересный алмаз коричневого цвета, шириной три миллиметра в поперечном срезе. Предполагается, что на поверхность земли он попал вместе с магмой вследствие извержения вулкана.
Экономической ценности обнаруженный алмаз не представлял. Но зато он обратил на себя внимание Грэма Пирсона из Альбертского университета в Канаде. Ученый купил образец надеясь найти в нем совершенно другой минерал. Вкрапление рингвудита в алмазе было обнаружено им практически случайно.
После проведенного анализа канадские ученые выяснили, что 1,5 % веса алмаза приходится на воду в виде гидроксильных групп (ОН). Поэтому выдвинулось предположение, что если образец рингвудита является типичным представителем переходной зоны между мантиями, то по расчетам в этой зоне должно содержаться 1,4*2021килограммов воды.
Пирсон объясняет, что исследуемый образец алмаза является веским доказательством, что в недрах Земли есть области, содержащие воду в больших количествах. Ученый считает, что транзитная зона между мантиями должна содержать объем воды, превышающий объем мирового океана. Для проведения анализов, официально подтверждающих предварительное заключение, канадцам потребовалось несколько лет.
Исследование еще раз подтверждает, что мы с вами живем на удивительной планете. Благодаря ее уникальному строению, у человечества существует масса возможностей для развития и выживания. Но в то же время, планета является живым организмом, который во многом схож с человеческим.
Любопытно, что информация о нахождении воды глубоко в недрах Земли была опубликована еще за 10 лет до данного открытия. В книге Анастасии Новых «Сэнсэй II» главный герой подробно рассказывал о свойствах воды, о влиянии ее на все живое на планете. Помимо этого в книге описаны возможности человека по управлению самой распространенной жидкостью на Земле, а также другая уникальная информация, которая никого не оставит равнодушным! Книги данного автора можно скачать совершенно бесплатно с нашего сайта в разделе «Скачать книги», или кликнуть по цитате ниже – и мы вам очень рекомендуем с ними ознакомиться!
Читайте об этом подробнее в книгах Анастасии Новых
(кликните на цитату, чтобы бесплатно скачать книгу целиком):— Без воды ничего живое на Земле не шевелится. На нашей планете вода входит в состав всех живых организмов в содержании от 45% до 98%, в том числе и организма человека, где её до 80% от общей массы. Вода — это распространённый компонент природы. Даже в огне присутствуют элементы воды в виде водорода и кислорода, за счёт которого происходит горение. Даже в камне есть жидкость.
— В камне? — удивился Славик.
— В камне. Все камни под большим давлением выделяют жидкость, хоть и в малых количествах. И как бы это парадоксально ни звучало для вас сегодня, но даже в центре Земли, внутри раскалённого ядра находится ядро огромной плотности и массы и в нём есть тоже жидкость. Земля — это в действительности живое существо, которое тоже состоит в основном из жидкости, имеется в виду не только поверхностный слой, где 70% — это океаны, а 30% — это всё различная модификация материи с включением воды, но и внутренняя жидкость. И мы, люди, тоже похожи на неё.
— Анастасия НОВЫХ Сэнсэй II
Ссылка на книгу(Sokrovennik)
sokrovennik.com
Наука: Наука и техника: Lenta.ru
В недрах Земли содержится огромное количество воды, в несколько раз превышающее объем Мирового океана. Как она туда попала, непонятно, а о ее роли в формировании и современной внутренней динамике планеты можно только строить догадки. Хотя в 2016 году ученые уже уверены в существовании, по крайней мере в прошлом, подповерхностного океана на Плутоне, об обилии воды в мантии Земли достоверно узнали только в 2014 году. Подробнее о неожиданных открытиях, совершенных в том числе с участием российских геофизиков, рассказывает «Лента.ру».
Материалы по теме
00:02 — 25 апреля 2016
О внутреннем строении Земли ученые знают не так много, как может показаться. Прямые исследования недр планеты исключительно затруднены. Распределение плотности внутри Земли можно оценить, например, наблюдая распространение сейсмических волн — на глубине в несколько десятков километров, на так называемой границе Мохоровичича, их скорость резко увеличивается с 7 до 8 километров в секунду. Это означает, что возмущение вещества перешло из менее плотной среды в более плотную — из коры в верхнюю мантию. В мантии волны тоже распространяются с разной скоростью — на глубине порядка 600 километров происходит замедление, возмущение переходит в зону нижней мантии и затем, на глубине около 2,9 тысячи километров достигает ядра.
Кроме того, помогает изучение минералов, которые когда-то находились в недрах планеты. Именно так и обнаружили подземную воду. В 2014 году международный коллектив геофизиков сообщил в журнале Nature, что в переходном слое между верхней и нижней мантией, на глубине 410-660 километров, имеются обширные запасы воды. Ученые провели рентгеноструктурный, рамановский и инфракрасный анализ образцов оливина, найденных близ реки Сан-Луис в современной Бразилии, и выявили в минерале содержащие воду включения рингвудита.
Материалы по теме
09:10 — 18 июля 2015
Живой Плутон
Что узнала станция New Horizons об окраинах Солнечной системы
Вода могла попасть туда только из переходной зоны мантии — на такую возможность ранее указывали теоретические расчеты и эксперименты. Согласно этим данным, оливин при высоких температурах и давлениях, характерных для мантии на глубине 410-660 километров, преобразуется в рингвудит и еще один минерал, вадслеит. Рингвудит и вадслеит поглощают на порядки больше воды, чем оливин — примерно до 2,5 процента их общей массы. В исследованном учеными образце содержалось до 1,5 процента рингвудита. Геофизики сделали вывод, что по крайней мере локально, то есть там, где из оливина возник рингвудит, мантия примерно на один процент по массе состоит из воды. Простые оценки показывают, что в недрах Земли воды хватит как минимум на несколько Мировых океанов.
Внутреннее строение Земли
Это подтвердила другая группа ученых, куда входили и российские специалисты. В 2015 году в журнале Nature они опубликовали статью с результатами исследования рингвудита, найденного в зеленокаменном поясе Абитиби на Канадском щите Северо-Американской платформы. Этот пояс представляет собой один из самых распространенных комплексов пород среднего и позднего архея. В глубину такие комплексы могут достигать 20 километров, в ширину — 200 километров, в длину — тысячу километров. В Канадском щите их шесть. Зеленокаменные пояса формировались на Земле 2,5-3,5 миллиарда лет назад — это указывает на возраст исследованного рингвудита и подземного океана, заключенного в минералы.
Материалы по теме
00:03 — 8 мая 2016
Изучая включения в оливине, геофизики выявили повышенное содержание воды в первичных расплавах коматиитов — продуктов вулканических извержений возрастом 2,7 миллиарда лет из пояса Абитиби. Коматииты, скорее всего, образовались в глубинной мантийной струе с потенциальной температурой плюс 1725 градусов Цельсия. Вода в мантийном источнике коматиитов была захвачена из промежуточной мантийной зоны на глубине 620-410 километров. При выполнении этой научной работы российские ученые из Института геохимии и аналитической химии имени Владимира Вернадского Российской академии наук разработали уникальный метод электронно-зондового микроанализа оливина с точностью определения примесных элементов в пять грамм на тонну, первыми в России запустив высокотемпературную (до плюс 1700 градусов Цельсия) экспериментальную установку с контролируемой летучестью кислорода.
Выводы ученых подтвердились. Британские и американские геофизики, проведя множество компьютерных квантово-механических расчетов, показали, что множество гидратированных, то есть включающих в себя воду, минералов, в частности брусит, при высоких давлениях и температурах, таких, как в недрах Земли на глубине 400-600 километров, являются термодинамически устойчивыми. Об этом сообщается в статье, опубликованной в 2016 году в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Материалы по теме
15:51 — 29 сентября 2015
Другой международный коллектив геофизиков проанализировал алмаз, выброшенный примерно 90 миллионов лет назад при извержении вулкана на поверхность Земли близ бразильской реки Сан-Луис. Инфракрасная микроскопия выявила в минерале включения, возникшие при его формировании и связанные с наличием гидроксильных ионов, которые, скорее всего, попали в минерал вместе с водой. Оказалось, что эти включения состоят главным образом из феррипериклаза (магнезиовюстита) — на него приходится примерно пятая часть минеральной фазы нижней, то есть расположенной на глубине 660-2900 километров мантии Земли. Результаты этого исследования опубликованы в журнале Lithos.
Феррипериклаз состоит из оксидов железа и магния, а также может, при сверхвысоких давлениях и температурах, характерных для нижней мантии, поглощать хром, алюминий и титан. Между тем эти дополнительные включения в минерале не были обнаружены, значит, алмаз возник на глубине около тысячи километров. Таким образом, заключенная в минералы подземная вода находится не только на глубине 600-400 километров, но и в более глубоких слоях мантии.
Вода способна влиять на электропроводность мантии и ее подвижность. Ученые пока не могут точно сказать, почему ее так много в недрах Земли и как она туда попала. Ранее геофизики полагали, что вода внутрь планеты проникает из Мирового океана в результате субдукции — погружения одной литосферной плиты под другую. Аномально высокую концентрацию воды в исследованных минералах таким механизмом не объяснить. Вероятнее всего, подземная вода образовалась при формировании планеты. Прояснить ситуацию ученые попробуют, проанализировав коллекцию коматиитов, собранных в африканской провинции Барбертон. Возраст этих затвердевших древних лав оценивается в 3,3 миллиарда лет.
lenta.ru
