Международная группа исследователей представила результаты научной работы, согласно которой металлическое ядро Земли не является изолированным резервуаром, а на протяжении миллиардов лет постепенно передает первичные элементы и водород в нижние слои мантии. Данное открытие было опубликовано в авторитетном профильном вестнике Science Advances и меняет устоявшиеся представления о геохимической эволюции нашей планеты.
Эволюция планетарных недр и формирование слоев
Около 4,5 миллиарда лет назад молодая Земля находилась в расплавленном состоянии. В процессе гравитационной дифференциации тяжелые расплавленные металлы, преимущественно железо, устремились к центру планеты, где сформировали плотное металлическое ядро. В то же время более легкие силикатные соединения поднялись вверх, образовав мантию и будущую земную кору.
Долгое время геофизики и геохимики исходили из гипотезы о том, что эти два гигантских слоя практически изолированы друг от друга после завершения ранней фазы дифференциации. Однако современные методы компьютерного моделирования процессов в экстремальных условиях глубоких недр заставили ученых пересмотреть этот фундаментальный постулат.
Изотопный анализ и загадка вулканических пород
В ходе нового исследования специалисты детально изучили распределение двух форм водорода — стандартного легкого изотопа и тяжелого дейтерия — в условиях, моделирующих остывание древнего магматического океана. Выяснилось, что хотя общая картина распределения изотопов в мантии выглядит относительно однородной, этого механизма недостаточно для объяснения аномально низкого уровня дейтерия.
Аномально низкие концентрации были зафиксированы в образцах базальтовых лав, поднятых из глубин Земли в районе Баффиновой Земли в канадской Арктике, а также на территории современной Исландии. Для объяснения этих уникальных химических сигнатур исследователи предложили модель, согласно которой легкий водород на протяжении миллиардов лет непрерывно мигрировал из металлического ядра в окружающие мантийные породы.
Последствия для геохимии и дальнейшие планы
По мнению ученых, в период формирования ядра опускающееся железо активно поглощало легкий водород, из-за чего сам металлический центр оказался обеднен дейтерием. Постепенная утечка этого первичного летучего материала оказывает непосредственное влияние на состав глубинных магматических потоков и лав, выходящих на поверхность Земли.
Значение открытия для науки о Земле
Полученные данные впервые наглядно подтверждают существование глубинного массообмена между ядром и мантией планеты. В перспективе исследовательская группа намерена детально изучить физические и химические механизмы, которые обеспечивают этот транспорт веществ сквозь границу раздела двух крупнейших геосфер Земли.
