Глибинні шари Землі містять в собі приблизно стільки ж води, як і її океани, завдяки тому, що туди вже більше трьох мільярдів років потрапляє кора з дна морів планети, насичена вологою. До такого висновку прийшли вчені, які опублікували статтю в журналі Nature.
“Ми представили геохімічні дані, що вказують на те, що цикл глобального занурення океанічної кори в мантію почався набагато раніше, ніж вважає більшість фахівців, і міг функціонувати вже протягом першого мільярда років історії Землі”, – зазначив Олександр Соболєв з Інституту геохімії та аналітичної хімії РАН.
На думку геологів, життя існує на Землі і відсутнє на Венері завдяки тому, що надра нашої планети не стоять на місці, а постійно “мігрують” між її поверхнею і глибинними шарами літосфери. Рух континентів, поступове занурення їх порід в глибини мантії і їх подальше “спливання” допомагають Землі “скидати” зайве тепло і стабілізувати клімат.
Цей процес, як вважають вчені, впливає не тільки на клімат, але і на склад атмосфери і океанів Землі. Коли породи континентів занурюються вглиб мантії, вони забирають з собою велику кількість осадових порід, що містять різні гази, воду і інші леткі речовини. Вони повертаються до поверхні разом з виверженнями вулканів, що часто різко змінює склад повітря і води, і сильно впливає на земне життя.
Наприклад, недавно Соболєв і його колеги виявили, що “спливання” мантії в околицях сучасного Норильська призвело до насичення атмосфери великою кількістю парникових газів і “засіювання” океанів нутрієнтами, які прискорюють ріст мікробів. Обидві ці події, що відбулися приблизно 255 млн років тому, послужили “спусковим гачком” для Пермського вимирання, найсерйознішого катаклізму в історії життя на Землі.
Коли мантія Землі почала “дихати” і обмінюватися газами і водою з поверхнею планети, вчені поки не можуть точно сказати. Частина геологів вважає, що тектоніка запустилася практично відразу після народження нашого світу, близько чотирьох мільярдів років тому, а інші сумніваються в цьому і припускають, що це сталося близько 2,5 мільярда років тому.
Соболєв і його колеги знайшли нові свідчення на користь першої гіпотези, вивчаючи зразки найдавнішої кори Землі, що сформувалися більше 3,3 мільярда років тому в околицях нині існуючого містечка Барбертон на сході ПАР.
Давня океанічна кора, як пояснюють автори статті, в повному обсязі “розчиняється” в глибинних шарах мантії. Найбільш тугоплавкі її компоненти, що представляють собою одну з форм мінералу олівіну, зберігаються у вигляді мікроскопічних кристалів, сліди яких можна знайти в певних типах вулканічних порід. Ці породи, так звані коматіїти, найчастіше зустрічаються в найдавніших зразках кори Землі, так званих “зеленокаменних поясах”.
Перші дослідження такого роду російські та зарубіжні дослідники провели ще три роки тому, вивчивши породи з Канади і ПАР, що сформувалися 2,7 мільярда років тому. Ці виміри показали, що в найбільш глибинних шарах мантії ховається величезна кількість води, яку можна порівняти за розмірами з світовим океаном. Як припустили тоді вчені, вона потрапила в мантію завдяки ранньому запуску тектонічних процесів.
Зараз Соболєв і його команда отримали нові підтвердження цієї гіпотези, вивчаючи давніші зразки коматіїтів з Південної Африки. Як і в 2016 році, вчені витягли з них кристали олівіну, розплавили їх і виміряли частки води і церію, а також частки ізотопів водню.
Ці речовини, як відзначають геохіміки, поводяться однаково при русі через літосферу Землі. З цієї причини, надлишок того чи іншого буде говорити про наявність великих запасів H2O або з’єднань рідкокоземельного металу в глибинних шарах мантії в той момент, коли формувалися ці кристали.
Як виявилося, надлишок води був присутній і в цих зразках стародавніх порід, що говорить про наявність величезних запасів вологи в глибинних шарах мантії Землі вже 3,3 мільярда років тому. Укупі з надлишком дейтерію, це означає, що кругообіг порід між поверхнею і глибинними надрами літосфери почався майже відразу після народження планети, щоб мантія встигла насититися потрібною кількістю води.
“Механізм занурення зміненої морською водою кори в мантію функціонував більше 3,3 мільярда років тому. Це означає, що вже в перший мільярд років існування Землі відбувався глобальний оборот речовини, що становить основу сучасної тектоніки плит, а джерелом надлишку води в перехідній зоні мантії був древній океан на поверхні планети “, – підсумовує вчений.
