Ученые обнаружили минералы, способные удерживать воду на глубине около 2900 километров в области, близкой к границе мантии и внешнего ядра планеты.
Испытания, проведенные при экстремальных давлениях и температурах, продемонстрировали два соединения железа, способные хранить водород даже при низком содержании воды в образцах. Это открытие может объяснить, как планета смогла сохранить воду внутри себя.
Для имитации условий, существующих в самых глубоких частях мантии, исследователи использовали алмазные прессы. Эти устройства сжимают небольшие образцы между двумя алмазными наконечниками и нагревают их с помощью лазеров. Эксперимент привел к идентификации двух форм оксигидроксидов железа, а именно Fe5O12Hx и Fe7O12Hx, которые обладают способностью удерживать воду.
Эти структуры образовались даже при содержании воды менее 0,1% от исходного материала. Из-за большей плотности по сравнению с окружающими породами эти минералы могли опуститься к ядру в процессе формирования и охлаждения Земли.
Вода, содержащаяся в этих минералах, облегчает чрезвычайно медленное движение пород мантии. Этот механизм участвует в работе тектонических плит и в цикле, который способствует переработке материалов внутри планеты.
Если эти минералы будут перенесены в более поверхностные слои движением мантии, снижение давления может вызвать их распад и высвобождение воды. Часть этой воды потенциально может вернуться на поверхность через восходящие столбы горячего материала или посредством вулканизма.
Это открытие также предлагает возможное объяснение происхождения минеральной конфигурации, называемой «фаза H», которая наблюдалась в предыдущих исследованиях. Ученые предполагают, что небольшое количество водорода, которое может поступать из следов влаги, способствовало образованию этой структуры.
Больше информации
Физик-минералог и кристаллограф Леонид Дубровинский из Университета Байройта заявил, что «даже очень небольшое количество водорода достаточно для стабилизации этих высокогидратированных соединений железа».
Тесты показывают, что новые минералы могут существовать в условиях глубокой мантии, однако они не подтверждают их естественное присутствие внутри Земли. На данный момент исследователи знают только о способности таких структур удерживать водород, но им еще предстоит определить количество воды, которое они могут хранить, и как это хранение эволюционирует со временем.
Основные текущие вопросы включают: для геоученого Альфреда Уилсона из Университета Лидса новые минералы «представляют собой прорыв в понимании тайны того, как Земля получила и сохранила свою воду». Исследование предполагает, что водный цикл может достигать областей, близких к ядру, хотя пока невозможно определить объем этого возможного резервуара или его значимость для планетарного водного цикла.