Могила води може ховатися понад 250 миль (400 кілометрів) під вашими ногами.
Ось де земна мантія зустрічається з земною корою. Геознавці довго думали, що під цією перехідною зоною (починаючи з відстані 255 миль або глибиною 410 км) наповнений водою мінерал під назвою бруцит виявляється нестабільним і таким чином розкладається, посилаючи молекули води, що стікають до поверхні планети.
Але нові дослідження говорять про те, що перш ніж бруцит - який становить 50 відсотків оксиду магнію і 50 відсотків води - розкладається, він перетворюється на іншу, більш стабільну 3D-структуру. Цей висновок, детальний в Інтернеті 21 листопада в журналі Proceedings of the National Academy of Sciences, означає, що там стовп води знаходиться глибше на Землі, ніж вважалося раніше.
"не зовсім очікувалося", - сказав співавтор дослідження Андреас Германн, викладач обчислювальної фізики в Едінбургському університеті в Шотландії. "тому що люди вивчали цей матеріал десятиліттями, і ніхто ніколи не думав шукати, чи буде ще одна фаза, перш ніж він врешті-решт розпадеться".
Зондування глибокої Землі
Раніше вчені вважали, що бруцит залишається стабільним лише в частині перехідної зони, глибиною 155 км (250 км) шаром трохи нижче верхньої мантії. Частково структура мінералу інформувала цю думку. Бруцит - це шаруватий матеріал, в якому молекули кожного шару сильно пов'язані між собою, але слабко пов'язані з іншими шарами. Подібний матеріал, якщо його видавити при достатньому тиску, повинен зазнати певної зміни. Раніше дослідники припускали, що у відповідь на тиск в перехідній зоні, який сягає близько 200 000 атмосфер, бруцит розсиплеться. (Одна атмосфера приблизно - це тиск на рівні моря).
Неможливо безпосередньо дослідити глибину Землі, Герман та його співавтор Майнак Мукерджі, професор геології Державного університету Флориди, використовували квантово-механічні розрахунки, аналізуючи різні можливі структури бруциту в умовах глибокої Землі.
"Це обчислення великих даних", - сказав Герман. "Ми створюємо тисячі структур, оптимізуємо їх усі і робимо обчислення достатньо точними, що якщо щось виділяється як стабільніше, ніж щось інше, ми можемо з впевненістю сказати, що це так".
Бруцит - це добре вивчений і відносно простий мінерал. Незважаючи на це, Герман сказав, що ключем до нових розрахунків було ігнорування існуючих припущень щодо бруциту. Після декількох місяців роботи різних структур за допомогою комп’ютерної програми дослідники виявили невідому раніше фазу бруциту, яка змогла б протистояти високим тискам, виявленим у нижній мантії.
Навіть при цій новій фазі бруциту вчені досі не в змозі безпосередньо виміряти кількість речовини в мантії або скільки води містить мінерал. Однак Герман і Мукерджі розробили еластичні властивості нової фази бруциту. Знаючи це, за словами Германна, сейсмологи, можливо, зможуть виявити, скільки бруциту знаходиться в мантії, оскільки підписи землетрусів відрізняються за еластичністю скелі, через яку вони пересуваються.
Чому бруцит має значення
Поточні оцінки свідчать про те, що глибока Земля може утримувати стільки води, скільки всі океани на поверхні планети разом. Цей водоймище, а також додатковий бруцит, також може мати важливе значення для руху матеріалів по Землі. Коли води, що містять мінерали, рухаються вниз через шари Землі, матеріали з часом розкладаються, вивільняючи воду, яка пробивається назад на поверхню, часто завдяки вулканічній діяльності.
Вода має важливе значення для переробки корисних копалин через вулканізм та тектоніку плит, оскільки вона забезпечує змащування, необхідне для того, щоб різні гірські матеріали проходили повз один одного, як це відбувається в зонах субдукції. Це також допомагає деяким матеріалам розчинятися в міру руху по гірському циклу. Без води, за словами Германна, планета прийшла б у геологічний застій. Це означає відсутність нової кори чи ґрунту, а також зупинки вулканізму; ці зміни можуть мати катастрофічний вплив на землю та атмосферу планети.
Окрім потенційно мінливого розуміння вченими водойм далеко під поверхнею Землі, Герман сказав, що це дослідження відстоює новий спосіб мислення про глибину Землі загалом. Він не знайшов би цю нову фазу, якби вони віддавали перевагу прийнятій версії, сказав він.
