Новое исследование геофизиков показало, что ядро Земли на протяжении миллиардов лет постепенно выделяет водород в нижние слои мантии.
Около 4,5 миллиарда лет назад наша планета представляла собой раскаленный океан магмы. В процессе формирования тяжелое железо опустилось к центру Земли и образовало металлическое ядро, а более легкие силикатные материалы поднялись вверх и сформировали мантию. Долгое время считалось, что эти гигантские резервуары оставались практически изолированными друг от друга. Однако детальный анализ лавы из Исландии и Баффиновой Земли в Канадской Арктике заставил исследователей пересмотреть этот взгляд. Согласно исследованию, опубликованному в журнале Science Advances исследователями из Китая, ядро планеты постоянно выделяет химические остатки времен формирования Солнечной системы.
Изотопный анализ лавы Исландии и Баффиновой Земли
Водород встречается в природе в виде двух стабильных изотопов: обычного легкого водорода и его более тяжелого аналога — дейтерия. Исследователи обратили внимание на то, что образцы вулканических пород из Исландии и Баффиновой Земли обладают исключительно низким содержанием дейтерия. Чтобы разобраться в этих процессах, ученые задействовали компьютерные модели для симуляции движения водорода. Небольшие колебания соотношений изотопов на разных глубинах не смогли объяснить крайне низкие уровни дейтерия в вулканических породах Исландии и Канадской Арктики.
Компьютерное моделирование показало, что остывание и кристаллизация древнего магматического океана не могли привести к столь сильному разделению изотопов в мантии. Необычные химические аномалии потребовали иного объяснения. Повышенное содержание изотопов гелия-3 в тех же вулканических породах служит дополнительным аргументом в пользу этой гипотезы.
Утечка водорода из металлического ядра Земли
Новое исследование предоставляет убедительные свидетельства того, что водород мигрировал из металлического ядра в мантию на протяжении миллиардов лет. Ученые предполагают, что водород с низким содержанием дейтерия просачивался из металлического ядра в окружающую мантию на протяжении миллиардов лет. Когда железо погружалось в центр планеты, оно захватывало легкие элементы, оставив ядро обедненным дейтерием. Этот легкий водород вместе с древними газами поднимается на поверхность в составе мантийных плюмов, питающих вулканические извержения.
Результаты работы, опубликованные в журнале Science Advances, меняют представление о геохимической изоляции глубоких слоев Земли. Вместо замкнутых систем ядро и мантия, судя по всему, обменивались летучими элементами на протяжении геологической истории. Мантийные потоки переносят эти древние маркеры на тысячи километров вверх, доставляя вещество из глубины к поверхности планеты.
Будущие исследования геохимических процессов в недрах
Хотя исследователи выявили перенос изотопов, точные механизмы этого многокилометрового перемещения через мантию пока остаются не до конца изученными. Авторы работы планируют провести дополнительные изыскания, чтобы детально проследить путь движения вещества от центра Земли до земной коры.
Полученные данные открывают новые перспективы для изучения эволюции нашей планеты. Как отмечает издание Inkorr, изотопы водорода и гелия-3 могут стать важнейшими инструментами для будущих исследований внутреннего строения Земли и ее динамических процессов.
Читайте также
