Из ядра Земли миллиарды лет вытекает вода: ученые сделали неожиданное открытие

Учёные обнаружили новые доказательства того, что из металлического ядра Земли на протяжении миллиардов лет может просачиваться водород — ключевой компонент воды. Этот процесс, вероятно, влияет на химический состав глубоких слоев мантии и даже оставляет следы в вулканических породах на поверхности планеты.

Об этом сообщает издание Gizmodo со ссылкой на исследование, опубликованное в журнале Science Advances.

Результаты исследования ставят под сомнение представление о ядре и мантии как о полностью изолированных друг от друга резервуарах. Исследователи предполагают, что обмен летучими химическими элементами между ними мог продолжаться на протяжении значительной части геологической истории Земли.

Как вода могла попасть из ядра в мантию

Примерно 4,5 миллиарда лет назад Земля находилась в расплавленном состоянии. По мере остывания планеты происходило разделение веществ по плотности: тяжёлое железо опускалось к центру, образуя металлическое ядро, а более лёгкие силикатные материалы формировали мантию.

Однако этот процесс не обязательно означал окончательное разграничение между двумя слоями. Согласно одной из гипотез, в ходе формирования ядра железо поглощало водород, который впоследствии мог постепенно переходить в окружающую мантию.

Именно этот механизм может объяснить необычные химические характеристики некоторых вулканических пород. Хотя перемещение вещества происходит глубоко под поверхностью, его последствия могут проявляться в материалах, которые вулканические процессы выносят на поверхность.

Что показало компьютерное моделирование

Чтобы проверить возможные механизмы такого обмена, исследователи смоделировали условия, царившие внутри молодой Земли. Особое внимание они уделили двум изотопам водорода: обычному легкому водороду и дейтерию — более тяжёлой форме этого элемента.

Учёные исследовали, как эти изотопы распределялись между различными минералами в процессе охлаждения и кристаллизации первоначального магматического океана.

Моделирование показало, что сам процесс кристаллизации не мог в достаточной мере объяснить чрезвычайно низкое содержание дейтерия в отдельных вулканических породах. Такие особенности были обнаружены, в частности, в образцах с острова Баффинова Земля в Канадской Арктике и из Исландии.

Чтобы объяснить эту аномалию, исследователи предполагают, что водород с низким содержанием дейтерия мог переходить из металлического ядра в нижние слои мантии. Если эта интерпретация верна, химические процессы внутри ядра оставили след в веществах, которые в конечном итоге оказались на поверхности Земли.

Какие еще доказательства указывают на утечку из ядра

В пользу этой гипотезы свидетельствуют не только особенности изотопного состава водорода. В некоторых вулканических породах исследователи также обнаружили аномально высокое соотношение гелия-3 к гелию-4.

Гелий-3 — редкий изотоп, часть которого могла сохраниться во внутренних слоях Земли ещё с ранних этапов формирования планеты. Его необычное содержание в вулканическом материале может указывать на поступление вещества из глубоких недр.

Дополнительными химическими указаниями стали особенности содержания вольфрама и рутения. В совокупности эти признаки согласуются с предположением, что материал из ядра мог попадать в мантию и влиять на состав вулканических пород.

В то же время эти результаты не означают, что учёные непосредственно наблюдали движение воды из ядра. Речь идет об интерпретации химических следов и результатов моделирования, которые подтверждают гипотезу о длительном обмене веществами между внутренними слоями планеты.

Почему это открытие важно

Если гипотеза подтвердится, она поможет лучше понять, как формировалась и изменялась Земля на протяжении миллиардов лет. Ядро в таком случае нельзя рассматривать как полностью изолированное хранилище вещества: оно могло передавать водород и другие летучие компоненты в мантию даже после завершения основного этапа формирования планеты.

Это также может объяснить происхождение некоторых химических аномалий в вулканических породах, которые не удается полностью объяснить процессами в мантии.

В дальнейшем исследователи планируют выяснить, каким именно путём вещество перемещается из ядра в мантию и какие механизмы обеспечивают этот процесс. Пока что точный механизм такого переноса остаётся открытым вопросом.