Глибоко під землею лежить океан, про який ви ніколи не чули: його ховає мантія Землі

У надрах Землі є зона, де тиск і температура змінюють звичні мінерали до невпізнання. Там олівін, один із головних мінералів мантії, переходить в інші форми – вадслеїт і рингвудит. І саме вони можуть утримувати воду не як озеро чи пару, а як частинки, вбудовані в кристалічну решітку, пише Futura sciences.

Вчені говорять не про печеру з водою під дном Атлантики чи Тихого океану, а про гігантський резервуар у перехідній зоні мантії – приблизно на глибині від 410 до 660 кілометрів. І якщо ця зона справді насичена водою, вона може пояснювати, чому Земля так довго зберігає океани на поверхні.

Де саме шукати цей прихований резервуар?

Земля не має всередині порожньої "цибулини", де можна знайти море. Під корою лежить мантія – товстий шар гарячої твердої породи, яка поводиться пластично на геологічних проміжках часу.

Між верхньою і нижньою мантією є перехідна зона. Вона починається приблизно на 410 кілометрах і закінчується близько 660 кілометрів. Для людини це недосяжна глибина. Найглибша свердловина світу не пробила навіть 13 кілометрів. Тому напряму зачерпнути звідти нічого неможливо.

Схематичний поперечний переріз надр Землі / Фото Science

Учені дивляться на такі глибини через сейсмічні хвилі, лабораторні експерименти з високим тиском і рідкісні зразки, які сама Земля винесла ближче до поверхні.

У 2014 році в журналі Nature описали крихітне включення рингвудиту всередині алмаза з Бразилії. Це був перший відомий земний зразок цього мінералу, а не рингвудит із метеоритів. Аналіз показав, що він містив воду, і це стало прямим доказом: у перехідній зоні мантії справді можуть існувати водовмісні мінерали.

Чому ця вода не схожа на океан?

Вода в мантії не хлюпає між скелями й не утворює підземного моря в людському сенсі. Вона захована в мінералах. Рингвудит і вадслеїт можуть приймати у свою структуру водень і кисень у вигляді гідроксильних груп. Якщо дуже просто: це вода, розібрана й вбудована в камінь. Камінь при цьому залишається твердим.

Як може виглядати ця вода: дивіться відео

Саме ця особливість робить перехідну зону такою важливою. Теоретичні й експериментальні роботи показували, що мінерали цієї зони можуть утримувати значну кількість води – до кількох відсотків від власної маси. У статті Nature про рингвудит згадується оцінка до приблизно 2,5% за вагою для високотискових форм олівіну.

Цифра здається малою, але треба пам’ятати масштаб. Перехідна зона мантії огортає всю планету. Навіть частки відсотка води в такому об’ємі породи можуть означати запас, співмірний із поверхневими океанами.

Як алмаз видав таємницю глибин?

Алмази можуть формуватися в мантії й підійматися до поверхні під час вулканічних процесів. Усередині них іноді зберігаються мінеральні включення, які інакше не пережили б шлях нагору. Так сталося з рингвудитом.

У нормальних умовах на поверхні Землі він нестабільний. Але крихітний фрагмент опинився замкненим в алмазі, а той захистив його від перетворення. Для геологів це майже як отримати записку з місця, куди неможливо спуститися. Інші дослідження пізніше додали нові деталі.

Таємниці, які приховує планета земля / Фото unsplash

У 2022 році Nature Geoscience опублікував роботу про алмаз, який зберіг сліди водонасиченого середовища біля межі 660 кілометрів – там, де перехідна зона переходить у нижню мантію. Автори описали включення, пов’язані з розпадом рингвудиту в умовах високого тиску й температури, що вказує на водовмісне середовище на цих глибинах.

Це не означає, що вчені вже склали точну карту "підземного океану". Навпаки, питання лишається складним. Одні ділянки мантії можуть бути вологішими, інші – сухішими. Але сама ідея води на сотнях кілометрів глибини вже не виглядає фантазією.

Чому це відкриття змінює уявлення про океани?

Поверхневі океани не існують окремо від надр. Земля постійно обмінюється водою між поверхнею і глибиною. Частина води потрапляє в мантію разом із плитами океанічної кори, які занурюються в зонах субдукції. Частина повертається назад через вулканізм і плавлення порід. Якщо перехідна зона справді може зберігати величезні запаси води, вона працює як регулятор. Не просто склад, а частина довгого геологічного колообігу.

Вода впливає на температуру плавлення порід, рух мантії, вулканічну активність і, зрештою, на стабільність океанів на поверхні. У Science у 2014 році вийшла робота про "зневоднювальне плавлення" на верхній межі нижньої мантії.

Її автори пов’язали високу здатність перехідної зони утримувати воду з можливістю глибокого резервуара, а також із плавленням, яке виникає, коли водонасичені мінерали переходять в інші форми біля межі 660 кілометрів. Простіше кажучи, вода в мантії не лежить без руху. Вона змінює поведінку каменю. А камінь, який рухається, плавиться й переробляється, з часом впливає на обличчя планети.