Под поверхностью Земли обнаружили второй океан

Ученые из США и Великобритании заявили, что на глубине в 400—600 километров под поверхностью Земли, несмотря на крайне высокую температуру, содержится много воды — возможно, не меньше, чем в земных океанах. Это означает, что круговорот воды на планете может быть устроен более сложно, чем считалось ранее. Об открытии сообщает пресс-служба Университета штата Флорида.

 Вода в мантии часто находится в составе брусита — минерала, на 70 процентов состоящего из марганца, и на 30 из химически связанной воды. Ранее считалось, что хотя брусит и может попасть в мантию из более верхних слоёв, он всё же должен разлагаться там на составные части. Освободившаяся вода легче брусита и быстро выводится наверх вулканической активностью. Однако когда исследователи провели моделирование поведения брусита в условиях, существующих в мантии на указанной глубине, оказалось, что такой распад происходит значительно медленнее, чем считалось. В действительности там образуется не предсказанная ранее теоретиками новая форма (фаза) брусита, оказавшаяся устойчивой даже при высокой температуре и давлении.

Исследователи оценивают это как "открытие ящика Пандоры": понимание, что вода может находиться так глубоко в недрах планеты, способно изменить все представления о том, какие именно вещества содержатся в этой части мантии. Более того, не вполне понятно, как именно вода из глубинного брусита потом возвращается обратно, на поверхность земли (а она должна это делать, поскольку иначе земные океаны постепенно теряли бы её, чего на практике не происходит).

В настоящий момент геологи пытаются вычислить, сколько именно воды может быть связано в брусите на 400—600 километрах ниже уровня моря. Если бы Земля была покрыта ровным слоем воды, всех её океанов хватило бы для создания слоя глубиной в несколько километров. Если хотя бы несколько процентов мантии на такой глубине состоят из брусита, там может быть сходное количество воды.

Ученые отмечают, что открытая ими новая фаза брусита существует только при высоком давлении. Термодинамической фазой называют гомогенные части системы, отделённые от остальных частей видимыми поверхностями раздела. Одно и то же вещество может иметь разные термодинамические фазы, отличающиеся друг от друга хотя бы одним термодинамическим свойством вещества.

При сжатии или изменении температур кристаллическая решётка многих минералов изменяет свою форму, что изменяет физические свойства самого вещества — его плотность, электропроводность и так далее. Например, обычный водяной лёд относится к фазе Ih, однако если его сжать и охладить до минус 60—80 градусов, то он превратится в лёд II, в котором атомы кислорода расположены так же, как в кристаллической решётке алмаза. Такой лёд куда прочнее обычного.

В брусите исследователи обнаружили ранее неизвестную область фазовой диаграммы, показанную на иллюстрации (зелёная зона). Эта разновидность брусита имеет тетрагональную кристаллическую решётку, резко отличающуюся от типичной для брусита в условиях поверхности Земли. Такую решётку сложнее разрушить тепловым воздействием или давлением, и она остаётся устойчивой даже тогда, когда, как считалась ранее, должна "разваливаться", разрушая брусит и высвобождая составляющую его воду и оксид марганца. Открытая область фазовой диаграммы соответствует давлению от 19 до 34 гигапаскалей, что в два—три миллиона раз выше, чем нормальное атмосферное давление.