Новые исследования показывают, что поверхностные воды проникают глубоко в Землю

Несколько десятилетий назад сейсмологи, изучавшие глубокую планету, обнаружили тонкий слой толщиной чуть более нескольких сотен километров. Происхождение этого слоя, известного как простой слой E, до сих пор оставалось загадкой.
 
Несколько десятилетий назад сейсмологи определили, что за пределами ядра Земли существует тонкий слой толщиной всего в несколько сотен километров, и назвали его основным слоем E, но его происхождение остается загадкой. Международная группа исследователей, в которую входят учёные Дэн Шим из Университета Аризоны, Тэхён Ким и Джозеф О’Рурк из Школы исследования Земли и космоса, обнаружили, что вода с поверхности Земли может просачиваться глубоко в недра почвы, изменяя состав самой внешней области жидкометаллического ядра, создающий отдельный тонкий слой. Доказательством этого является то, что кристаллический кремнезем образуется из жидкого металла внешнего ядра Земли в результате химических реакций, вызванных водой. Шим и его коллеги опубликовали свое исследование в журнале Nature Geoscience 13 ноября.
 

“Сейсмические исследования показали, что плотность внешнего ядра Земли примерно на 10% ниже, чем у чистого железо-никелевого сплава”, - сказал ученый из Университета штата Аризона Дэн Шим и его коллеги.

”Чтобы объяснить такой дефицит плотности, в ядре требуется значительное количество легких элементов".

“Хотя точный состав легких элементов в ядре Земли все еще обсуждается, кремний был предложен в качестве важного компонента”.

“Однако дефицит плотности в ядре Земли не может быть объяснен только кремнием”.

Согласно новому исследованию, на протяжении миллиардов лет поверхностные воды транспортировались вглубь Земли опускающимися или субдуцированными тектоническими плитами. Достигая границы ядра и мантии, примерно на глубине 2900 км (1800 миль) под поверхностью, эта вода запускает глубокое химическое взаимодействие, изменяющее структуру ядра.

Вместе с Ён Джэ Ли из Университета Йонсей в Южной Корее Шим и его команда с помощью экспериментов под высоким давлением продемонстрировали, что погруженная вода химически реагирует с материалами ядра. Эта реакция формирует богатый водородом и обедненный кремнием слой, превращая самую верхнюю внешнюю область ядра в пленкоподобную структуру. Кроме того, в результате реакции образуются кристаллы кремнезема, которые поднимаются и интегрируются в мантию.
 
По прогнозам, этот модифицированный жидкометаллический слой будет менее плотным и с уменьшенными сейсмическими скоростями, что соответствует аномальным характеристикам, нанесенным на карту сейсмологами.
 
«В течение многих лет считалось, что материальный обмен между ядром Земли и мантией невелик. Однако наши недавние эксперименты при высоком давлении показывают другую историю. Мы обнаружили, что когда вода достигает границы ядра и мантии, она вступает в реакцию с кремнием в ядро, образующее кремнезем», — сказал Шим.
 
«Это открытие, наряду с нашими предыдущими наблюдениями за образованием алмазов из воды, реагирующей с углеродом в жидком железе под экстремальным давлением, указывает на гораздо более динамичное взаимодействие ядра и мантии, что предполагает существенный обмен веществ», - добавили ученые.

“Это открытие, наряду с нашим предыдущим наблюдением образования алмазов из воды, реагирующей с углеродом в жидком железе под экстремальным давлением, указывает на гораздо более динамичное взаимодействие ядра и мантии, предполагающее существенный материальный обмен”.

Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Geoscience.