09:45
Поиски подземных океанов Земли

Вода, хранящаяся во внутренних слоях Земли, может быть более обильной — и важной — чем думали ранее ученые.

Стивен Якобсен никогда не планировал стать геофизиком. На самом деле, это, возможно, было самым далеким от его ума, когда он начал учиться в Университете Колорадо в начале 1990-х годов, намереваясь специализироваться в музыке или бизнесе. Но после того, как он случайно выбрал курс геологии, чтобы удовлетворить научные требования школы, он был вдохновлен пойти по другому пути.
“После всех тех дней, когда я играл на улице в детстве и собирал камни, - говорит Якобсен, - я понял, что это то, что я хотел сделать.”

Теперь он изучает не только камни, но и воду, скрытую внутри них. Чем больше он и другие исследователи ищут, тем больше воды они находят во всех недрах земли — даже если она не похожа на жидкость, с которой мы знакомы. При экстремальных температурах и давлениях, существующих глубоко под землей, вода распадается на составляющие ее элементы, водород и кислород, которые химически связаны с кристаллической структурой породы. Но для геофизиков это все равно вода, независимо от того, какую форму она принимает.
Напрашивается вопрос: сколько этой воды погребено под поверхностью? Ответ может помочь объяснить пригодность нашей планеты для жизни и рассказать нам, как вся эта вода попала сюда в первую очередь.
Заглядывая Под Камни
В начале карьеры Якобсена его научным руководителем был Джозеф Смит, геолог, который продемонстрировал, что минерал под названием вадсли теоретически может содержать значительное количество воды. Вадсли и его родственник рингвудит являются двумя основными компонентами переходной зоны между верхней и нижней мантией Земли — примерно в 250-410 милях под поверхностью. Когда он приступил к своим собственным исследованиям в середине 1990-х годов, Якобсен хотел знать: сколько воды на самом деле может храниться в этих богатых минералах?
Поскольку вадслейит и рингвудит обычно не существуют на поверхности, Якобсен провел почти 15 лет, синтезируя их в своей лаборатории, имитируя условия высокой температуры и высокого давления, обнаруженные в сотнях миль ниже. Он изучал эти выращенные в лаборатории минералы, чтобы определить, как быстро сейсмические волны могут проходить через образцы, содержащие различное количество воды-информацию, которую он позже использовал для оценки содержания воды в подземных породах.

Геофизики находят все больше и больше воды глубоко под поверхностью земли, особенно в переходной зоне, которая полна водоносных минералов. (Кредит: Джей Смит)
Он подтвердил, что минералы действительно могут содержать значительное количество водных элементов, включенных в структуру горных пород “как вода или молоко, которое выпекается в пирог.” Но поскольку его оценки были намного выше, чем большинство экспертов считали правдоподобными, он не решался опубликовать свои результаты, пока не будет уверен в них.

Все изменилось в 2014 году, когда Грэм Пирсон из Университета Альберты сообщил о своем исследовании крошечного алмаза, найденного в Бразилии. Сформированный в переходной зоне, Алмаз имел еще более крошечный кусочек рингвудита, пойманный в ловушку внутри. А в этом рингвудите? Около 1 процента воды по весу.
Может быть, это и не так уж много, но, учитывая вездесущность минерала в переходной зоне, Якобсен знал: Это может привести к большому количеству H2O.
Между тем, эксперименты Якобсена показали, что присутствие воды в рингвудите понизит температуру плавления породы в основании переходной зоны. Это означает, что водоносная порода там, скорее всего, содержит жидкие пятна-не потому, что она влажная, а потому, что ее части расплавлены. Примерно в то же время Якобсен, к тому времени занимавший свою нынешнюю должность в Северо-Западном университете, объединился с геофизиком Университета Нью-Мексико Брэндоном Шмандтом. Шмандт исследовал мантию с помощью USArray, который включает в себя сеть из 400 портативных сейсмографов. “Если в мантии так много воды, — сказал Якобсен Шмандту, - то там должны быть расплавы” - частицы магмы, смешанные с твердыми породами.
Объединив свои данные, исследователи выявили обширные участки расплавленного материала в пределах переходной зоны и чуть ниже нее — результаты, которые были опубликованы через три месяца после открытия алмаза Пирсоном. К тому времени становилось все более ясно, заключил Якобсен, что “переходная зона полна воды.”
Сколько воды? Если образец рингвудита репрезентативен, это будет означать, что там примерно в два раза больше воды, чем во всех поверхностных океанах Земли, говорит он. Только одна из этих “океанских масс” составляет около 1,5 миллиарда миллиардов тонн (или более 350 миллиардов миллиардов галлонов).

И дело далеко не закрыто: признаки дополнительной воды с тех пор были обнаружены как выше, так и ниже переходной зоны. В 2016 году Якобсен, на этот раз работавший вместе с Пирсоном, добыл еще один алмаз из бразильских глубин. Этот камень был добыт на глубине более 600 миль в нижней мантии, а затем выброшен на поверхность во время извержения вулкана около 90 миллионов лет назад.
Вместо рингвудита этот алмаз имел дефект, состоящий из ферропериклаза — одного из основных компонентов нижней мантии. Ферропериклаз содержал лишь долю процента воды по весу. Но учитывая размеры нижней мантии, составляющей половину общей массы планеты, Якобсен полагает, что она могла бы содержать, возможно, еще одну океаническую массу воды, распределенную между породами этого слоя.
под водой
Вся эта вода под поверхностью земли не просто стоит на месте: она движется по кругу, увлекаемая тектоническими плитами. Большое объявление пришло в 2018 году от Дуга Винса и его коллег из Вашингтонского университета в Сент — Луисе, которые наблюдали за Марианской впадиной-впадиной, которая включает в себя самую низкую точку океана, около 36 000 футов глубиной. Там Тихоокеанская плита погружается глубоко под соседнюю филиппинскую морскую плиту в процессе, называемом субдукцией, унося с собой в верхнюю мантию огромное количество поглощенной воды.
Команда Винса использовала сеть из 20 сейсмографов океанского дна для измерения содержания воды в подстилающих породах мантии и обнаружила, что количество воды, отложившейся на глубине 60-100 миль ниже морского дна, более чем в четыре раза превышает предыдущие оценки. Распространение их результатов на все зоны субдукции в мире предполагает, что входы морской воды в мантию представляют собой что-то вроде одной океанской массы воды, говорит Якобсен.
“У нас есть одна океаническая масса в океанах, другая в верхней мантии”, - объясняет Якобсен. - Предположим, что в переходной зоне есть еще двое.” По его оценкам, в земной коре и нижней мантии может быть примерно еще одна океаническая масса вместе взятая, “что составляет в общей сложности пять океанических масс.” И этот подсчет даже не учитывает ядро нашей планеты, которое может содержать дополнительные компоненты воды, хотя этот самый внутренний регион трудно получить доступ с помощью современных технологий.

“Это то, что предстоит решить будущим поколениям”, - говорит Якобсен. - Но теперь, когда мы увидели черную дыру, все возможно.”
Вода — На Что Она Годится?
Вычисление количества скрытых океанов - это больше, чем просто игра в числа. “Вода имеет такое же решающее значение для работы внутренних органов земли, как и для процессов на поверхности земли”, - отмечает геофизик Колумбийского университета Донна Шиллингтон в статье 2018 года.
“Это делает породы менее жесткими и более текучими, и это делает возможной тектонику плит”, - объясняет геофизик Университета штата Огайо Венди Панеро. Тектоника плит, в свою очередь, является ключевой частью того, что делает эту планету пригодной для жизни; она подобна гигантской конвейерной ленте, которая способствует постоянному циклу тепла, воды и химических веществ. Более того, говорит Панеро, “он в значительной степени отвечает за поддержание стабильного климата Земли в течение миллионов лет.”
Ранее в своей карьере Якобсен не интересовался тем, откуда берется земная вода — вопрос, который, по его словам, “обсуждался во всех основных религиозных текстах, включая Коран и Ветхий Завет.” Но по мере того, как росли оценки подземных вод, он начал более внимательно изучать скорость, с которой вода может переноситься на большие глубины через тектонику плит и субдукцию. Его расчеты показывают, что перемещение воды из океанов в мантию может занять миллиарды лет, примерно столько же, сколько возраст нашей планеты.
По этой причине Якобсен ставит под сомнение вывод, к которому пришли многие астрономы, а именно, что большая часть земной воды была доставлена на поверхность астероидами и кометами. Вместо этого он считает, что со времени образования планеты здесь должно было находиться значительное количество воды и что большая часть воды в наших нынешних океанах была “выжата” из горных пород внизу.

“Что здорово во всей этой истории, так это то, что мы привыкли смотреть в космическое пространство, размышляя о происхождении земной воды”, - говорит Якобсен. - Но когда мы заглядываем глубоко внутрь планеты, на тысячу или более километров вниз, мы находим подсказки изнутри об источниках этой драгоценной жидкости.”

Похожие материалы:

Так же рекомендуем посмотреть:

В древнем городе майя существовала удивительно эффективная система фильтрации воды


Принесенные в жертву мумии лам раскопаны в Перу


Голые кротовые крысы похищают друг у друга младенцев, и превращают их в рабов

Категория: Космос / Планеты / Технологии | Просмотров: 94 | Добавил: admin | Теги: верхняя мантия, тектоник плит, планет, переходная зона, поверхность земли, Глубина, земная вода, Минерал, нижняя мантия, порода, океаническая масса, Океан | Рейтинг: 0.0/0
Всего комментариев: 0
avatar