З ядра Землі мільярди років витікає вода: науковці зробили несподіване відкриття

Науковці виявили нові докази того, що з металевого ядра Землі протягом мільярдів років може просочуватися водень — ключовий компонент води. Цей процес, імовірно, впливає на хімічний склад глибоких шарів мантії та навіть залишає сліди у вулканічних породах на поверхні планети.

Про це повідомляє видання Gizmodo з посиланням на дослідження, опубліковане в журналі Science Advances.

Результати роботи ставлять під сумнів уявлення про ядро та мантію як повністю ізольовані одне від одного резервуари. Дослідники припускають, що обмін леткими хімічними елементами між ними міг тривати протягом значної частини геологічної історії Землі.

Як вода могла потрапити з ядра до мантії

Приблизно 4,5 мільярда років тому Земля перебувала в розплавленому стані. У міру охолодження планети відбувалося розділення речовин за густиною: важке залізо опускалося до центра, утворюючи металеве ядро, а легші силікатні матеріали формували мантію.

Однак цей процес не обов’язково означав остаточне розмежування між двома шарами. За однією з гіпотез, під час формування ядра залізо поглинало водень, який згодом міг поступово переходити до навколишньої мантії.

Саме цей механізм може пояснити незвичні хімічні характеристики деяких вулканічних порід. Хоча перенесення речовини відбувається глибоко під поверхнею, його наслідки можуть проявлятися в матеріалах, які вулканічні процеси виносять нагору.

Що показало комп’ютерне моделювання

Щоб перевірити можливі механізми такого обміну, дослідники змоделювали умови, які панували всередині молодої Землі. Особливу увагу вони приділили двом ізотопам водню: звичайному легкому водню та дейтерію, важчій формі цього елемента.

Науковці досліджували, як ці ізотопи розподілялися між різними мінералами під час охолодження та кристалізації первісного океану магми.

Моделювання засвідчило, що сам процес кристалізації не міг достатньою мірою пояснити надзвичайно низький вміст дейтерію в окремих вулканічних породах. Такі особливості виявили, зокрема, у зразках з острова Баффінова Земля в Канадській Арктиці та з Ісландії.

Для пояснення цієї аномалії дослідники припускають, що водень із низькою часткою дейтерію міг переходити з металевого ядра до нижніх шарів мантії. Якщо ця інтерпретація правильна, хімічні процеси всередині ядра залишили слід у речовинах, які зрештою опинилися на поверхні Землі.

Які ще докази вказують на витік із ядра

На користь цієї гіпотези свідчать не лише особливості ізотопного складу водню. У деяких вулканічних породах дослідники також виявили аномально високе співвідношення гелію-3 до гелію-4.

Гелій-3 є рідкісним ізотопом, частина якого могла зберегтися у внутрішніх шарах Землі ще з ранніх етапів формування планети. Його незвичний вміст у вулканічному матеріалі може вказувати на надходження речовини з глибоких надр.

Додатковими хімічними підказками стали особливості вмісту вольфраму та рутенію. У сукупності ці ознаки узгоджуються з припущенням, що матеріал із ядра міг потрапляти до мантії та впливати на склад вулканічних порід.

Водночас ці результати не означають, що науковці безпосередньо спостерігали рух води з ядра. Йдеться про інтерпретацію хімічних слідів і результатів моделювання, які підтримують гіпотезу про тривалий обмін речовинами між внутрішніми шарами планети.

Чому це відкриття важливе

Якщо гіпотеза підтвердиться, вона допоможе краще зрозуміти, як формувалася та змінювалася Земля протягом мільярдів років. Ядро в такому разі не можна розглядати як повністю ізольоване сховище речовини: воно могло передавати водень та інші леткі компоненти до мантії навіть після завершення основного етапу формування планети.

Це також може пояснити походження деяких хімічних аномалій у вулканічних породах, які не вдається повністю пояснити процесами в мантії.

Надалі дослідники планують з’ясувати, яким саме шляхом речовина переміщується з ядра до мантії та які механізми забезпечують цей процес. Поки що точний механізм такого перенесення залишається відкритим питанням.

Нагадаємо, майже 150 років дослідники намагалися встановити, кому належить середньовічний скелет, знайдений у давньоримському саркофазі у Вестмінстерському абатстві. Нове дослідження вказало на найімовірнішого кандидата.