Науковці знайшли нові свідчення обміну речовинами між ядром і мантією Землі
Ядро Землі могло протягом мільярдів років передавати водень у мантію, впливаючи на хімічний склад вулканічних порід. Такого висновку дійшли дослідники, які спробували пояснити незвичні ізотопні співвідношення в породах Ісландії та острова Баффінова Земля.
Близько 4,5 мільярда років тому Земля була переважно розплавленою. У міру охолодження планети та розділення речовин важке залізо опускалося до центру, формуючи металеве ядро, а легші силікатні матеріали утворювали мантію. Про це пише Gizmodo.
Як науковці досліджували надра Землі?
Довгий час ці два внутрішні шари розглядали як окремі резервуари речовин. Однак їхня взаємодія могла тривати й після формування основної структури планети. У дослідженні, опублікованому в журналі Science Advances, науковці проаналізували хімічні особливості вулканічних порід, які можуть зберігати сліди процесів із ранньої історії Землі.
Команда провела комп’ютерне моделювання умов у глибинах планети. Дослідники вивчали поведінку двох ізотопів водню – звичайного легкого водню та дейтерію, важчої форми цього елемента. Вони перевіряли, як ці ізотопи розподілялися між різними мінералами, коли давній океан магми охолоджувався та кристалізувався.
Моделювання показало, що водень і дейтерій спочатку розподілялися в мантії відносно рівномірно. Відмінності між їхніми співвідношеннями на різних глибинах виявилися недостатніми, щоб пояснити надзвичайно низький вміст дейтерію у вулканічних породах з острова Баффінова Земля в Канадській Арктиці та Ісландії.
Що вказує на витік водню з ядра?
Щоб пояснити ці хімічні особливості, дослідники припускають, що водень міг переходити з металевого ядра до нижніх шарів мантії протягом мільярдів років.
Під час формування ядра залізо поглинало водень із низькою часткою дейтерію. Згодом цей водень міг переміщуватися до мантії, залишаючи хімічний слід, який зрештою проявився у вулканічних породах на поверхні.
Додаткові аргументи на користь цієї гіпотези дають інші хімічні показники. У досліджених породах виявили незвично високе співвідношення гелію-3 до гелію-4. Гелій-3 є рідкісним ізотопом, частина якого могла зберегтися в надрах ще з ранніх етапів існування планети. Породи також мали незвичні ізотопні характеристики вольфраму та рутенію, що, за інтерпретацією авторів, може свідчити про внесок речовини з ядра.
Водночас дослідження не означає, що науковці безпосередньо спостерігали витік води з ядра. Висновки ґрунтуються на комп’ютерних моделях і хімічних ознаках у породах. Ідеться передусім про перенесення водню – компонента води, а не обов’язково про рух рідкої води в надрах.
Якщо гіпотеза підтвердиться, це означатиме, що ядро та мантія не були повністю ізольованими одне від одного протягом геологічної історії. Переміщення летких елементів між ними могло впливати на склад глибоких шарів планети та вулканічних порід.
Наступним кроком дослідники планують з’ясувати, якими саме механізмами речовини з ядра можуть потрапляти до мантії. Це допоможе краще зрозуміти хімічну еволюцію Землі та процеси, що відбуваються в її надрах.