Вода в мантии: скрытый океан под ногами экспресс
Глубоко под нами, на глубине сотен километров, есть слой, который умеет впитывать воду, как губка. Минералы там — вадслеит и рингвудит — могут удерживать внутри своей кристаллической решётки до 1–2% воды по весу. Это значит, что в переходной зоне мантии (между 410 и 660 км) потенциально спрятано больше воды, чем во всех океанах на поверхности. Но наполнена ли эта губка на самом деле?
Авторы нового исследования построили компьютерную модель, чтобы проследить судьбу воды в этом слое. Они соединили физику твёрдой мантии, химию минералов и тепловые потоки. Модель показала: вода, попавшая в переходную зону, не лежит там мёртвым грузом. Она делает породу легче, и та начинает всплывать — медленно, со скоростью сантиметров в год, но неумолимо. Через десятки миллионов лет такой «мокрый» апвеллинг достигает границы, где вадслеит превращается в оливин, и вот тут вода высвобождается.
Выделившаяся вода снижает температуру плавления породы, и возникают капли расплава. Они легче окружающей мантии, поэтому продолжают подниматься вверх — уже быстрее, просачиваясь сквозь твёрдые зёрна или всплывая отдельными «пузырями». Похожий процесс идёт и у нижней границы переходной зоны: туда сверху опускаются холодные слэбы (погружающиеся океанические плиты), которые тоже несут воду. На глубине около 660 км они нагреваются, вода выходит, и лёгкие расплавы стартуют обратно наверх.
Так переходная зона оказывается не складом, а перевалочным пунктом. Вода задерживается там на время от 80 до 430 миллионов лет, и в каждый момент её там немного — меньше 0,1% по весу, то есть меньше пятой части массы современного океана. Но этого хватает, чтобы регулировать уровень воды на поверхности. Если океан мелеет, мантия отдаёт немного влаги через вулканы; если воды становится слишком много, часть уходит вглубь с плитами. Такая система термостата, возможно, работает и на других каменистых планетах, помогая им сохранять океаны миллиарды лет.
Переходная зона мантии содержит минералы, которые при давлении в 130 000 атмосфер (как вес 1300 слонов на квадратный сантиметр) перестраивают кристаллическую решётку и могут вобрать воду внутрь — в количестве, сравнимым с объёмом нескольких океанов.
В романе Жюля Верна «Путешествие к центру Земли» герои находят подземный океан — наша модель показывает, что вода действительно может скрываться в мантии, только не в виде моря, а внутри кристаллов.