Вода с поверхности Земли может проникать глубоко в планету, трансформируя внешний слой ядра
Несколько десятилетий назад сейсмологи, изучавшие планету, обнаружили тонкий слой на границе ядра и мантии толщиной чуть более нескольких сотен километров (так называемый слой Е). Происхождение этого слоя до сих пор оставалось загадкой.
Теперь международная группа исследователей обнаружила, что вода с поверхности Земли может проникать глубоко в планету, изменяя состав внешней области металлического жидкого ядра и создавая отчетливый тонкий слой.
Исследования показывают, что на протяжении миллиардов лет поверхностные воды переносились глубоко в Землю путем опускания или погружения тектонических плит. Достигнув границы ядра и мантии, примерно в 2900 километрах от поверхности, эта вода вызывает глубокое химическое взаимодействие, изменяющее структуру ядра.
Ученые с помощью экспериментов под высоким давлением продемонстрировали, что погруженная вода химически реагирует с материалами ядра. Эта реакция формирует богатый водородом и обедненный кремнием слой, превращая самую верхнюю внешнюю область ядра в пленкоподобную структуру.
Кроме того, в результате реакции образуются кристаллы кремнезема, которые поднимаются и интегрируются в мантию.
По прогнозам, этот модифицированный жидкометаллический слой будет менее плотным и с уменьшенными сейсмическими скоростями, что соответствует аномальным характеристикам, нанесенным на карту сейсмологами.
«В течение многих лет считалось, что материальный обмен между ядром Земли и мантией невелик. Однако наши недавние эксперименты при высоком давлении показывают другую историю. Мы обнаружили, что когда вода достигает границы ядра и мантии, она вступает в реакцию с кремнием, образующую кремнезем», — говорят исследователи.
«Это открытие, наряду с нашим предыдущим наблюдением образования алмазов из воды, реагирующей с углеродом в жидком железе под экстремальным давлением, указывает на гораздо более динамичное взаимодействие ядра и мантии, предполагающее существенный материальный обмен».
Открытие расширяет наше понимание внутренних процессов Земли, предполагая более обширный глобальный водный цикл, чем считалось ранее.
Измененная «пленка» ядра имеет глубокие последствия для геохимических циклов, которые связывают цикл поверхностных вод с глубинным металлическим ядром.
Это исследование было проведено международной командой геологов с использованием передовых экспериментальных методов в Усовершенствованном источнике фотонов Аргоннской национальной лаборатории и PETRA III компании Deutsches Elektronen-Synchrotron в Германии, чтобы воспроизвести экстремальные условия на границе ядра и мантии.
Исследование было опубликовано в журнале Nature Geoscience.