Геохимические исследования вулканических пород на острове Баффинова Земля в Канаде и в Исландии натолкнули исследователей на мысль, что часть воды, появившейся при формировании Земли, до сих пор хранится глубоко в недрах планеты. Однако оставалось загадкой, какие минералы способны удерживать такие объемы в условиях колоссальных давлений и температур.
Международная группа под руководством Байройтского университета синтезировала два соединения железа — Fe₅O₁₂Hₓ и Fe₇O₁₂Hₓ, ставших первыми реальными кандидатами на роль глубинного хранилища. Для этого использовали алмазные наковальни: образцы сжимались между двумя алмазами и нагревались лазерами. Воспроизвели условия на глубине тысяч километров — давление от 78 до 198 гигапаскалей и температуру от 2400 до 2800 кельвинов.
С помощью синхротронного рентгеновского излучения исследователи определили состав и кристаллические структуры соединений. Вещества образовались не только из водонасыщенных смесей, но и из почти сухих образцов. Результаты опубликованы в журнале Nature Geoscience.
По-видимому, даже очень небольшого количества водорода достаточно, чтобы стабилизировать эти сильно гидратированные соединения железа.
Один из возможных резервуаров первичной воды — древний базальтовый магматический океан, кристаллизовавшийся над границей ядра и мантии. При остывании расплав обогащался железом и водой, нужными для формирования новых минералов. Доктор Ман Лианцзе, бывший аспирант BGI, пояснил, что плотные соединения остаются у границы ядра и мантии, удерживая воду геологические эпохи. Они могут сохранять не только первичную воду, но и ту, что попадает вглубь при движении тектонических плит.
Соединение Fe₅O₁₂Hₓ особенно богато водородом. По расчетам, концентрации этого минерала в мантии всего в один процент достаточно для хранения значительной части запаса водорода на силикатной Земле. Но распространен он, вероятно, неравномерно.
В экспериментах оксигидроксиды высвобождали железо из силикатов, сдвигая границы между мантийными слоями. Это помогает объяснить необычные сейсмические сигналы у границы ядра и мантии. Богатые водой скопления могут служить «взрывателем» для мантийных плюмов: оксигидроксиды плавятся легче силикатов и при нагреве от ядра высвобождают воду с летучими веществами в расплавы, связывая глубинные резервуары с вулканизмом на поверхности.
Ранее Наука Mail рассказывала, что в Канаде начали добычу чистого водорода прямо из недр Земли.