Ученые обнаружили новые свидетельства обмена веществами между ядром и мантией Земли

Около 4,5 миллиарда лет назад Земля была в основном расплавленной. По мере остывания планеты и разделения веществ тяжелое железо опускалось к центру, формируя металлическое ядро, а более легкие силикатные материалы образовывали мантию. Об этом пишет Gizmodo.

Как ученые исследовали недра Земли?

Долгое время эти два внутренних слоя рассматривались как отдельные резервуары веществ. Однако их взаимодействие могло продолжаться и после формирования основной структуры планеты. В исследовании, опубликованном в журнале Science Advances, ученые проанализировали химические особенности вулканических пород, которые могут сохранять следы процессов из ранней истории Земли.

Команда провела компьютерное моделирование условий в недрах планеты. Исследователи изучали поведение двух изотопов водорода – обычного легкого водорода и дейтерия, более тяжелой формы этого элемента. Они проверяли, как эти изотопы распределялись между различными минералами, когда древний океан магмы остывал и кристаллизовался.

Моделирование показало, что водород и дейтерий изначально распределялись в мантии относительно равномерно. Различия в их соотношениях на разных глубинах оказались недостаточными, чтобы объяснить чрезвычайно низкое содержание дейтерия в вулканических породах острова Баффинова Земля в Канадской Арктике и Исландии.

Что указывает на утечку водорода из ядра?

Чтобы объяснить эти химические особенности, исследователи предполагают, что водород мог переходить из металлического ядра в нижние слои мантии в течение миллиардов лет.

Во время формирования ядра железо поглощало водород с низким содержанием дейтерия. Впоследствии этот водород мог перемещаться в мантию, оставляя химический след, который в конечном итоге проявился в вулканических породах на поверхности.

Дополнительные аргументы в пользу этой гипотезы дают другие химические показатели. В исследованных породах обнаружили необычно высокое соотношение гелия-3 к гелию-4. Гелий-3 является редким изотопом, часть которого могла сохраниться в недрах еще с ранних этапов существования планеты. Породы также имели необычные изотопные характеристики вольфрама и рутения, что, по интерпретации авторов, может свидетельствовать о поступлении вещества из ядра.

В то же время исследование не означает, что ученые непосредственно наблюдали утечку воды из ядра. Выводы основаны на компьютерных моделях и химических признаках в породах. Речь идет прежде всего о переносе водорода – компонента воды, а не обязательно о движении жидкой воды в недрах.

Если гипотеза подтвердится, это будет означать, что ядро и мантия не были полностью изолированы друг от друга на протяжении геологической истории. Перемещение летучих элементов между ними могло влиять на состав глубоких слоев планеты и вулканических пород.

Следующим шагом исследователи планируют выяснить, с помощью каких именно механизмов вещества из ядра могут попадать в мантию. Это поможет лучше понять химическую эволюцию Земли и процессы, происходящие в ее недрах.