Ответ вероятен «оба», по словам исследователей в Университете штата Огайо – и то же самое количество воды, которая в настоящее время заполняет Тихий океан, мог быть похоронен глубоко в планете прямо сейчас.В American Geophysical Union (AGU), встречающемся 17 декабря, они сообщают об открытии ранее неизвестного геохимического пути, которым Земля может изолировать воду в своем интерьере в течение миллиардов лет и все еще выпустить небольшие количества на поверхность через тектонику плит, кормя наши океаны из.В попытке понять формирование ранней Земли, некоторые исследователи предположили, что планета была суха и неприветлива к жизни, пока ледяные кометы не забросили Землю и внесли воду на поверхности.Венди Пэнеро, адъюнкт-профессор наук о Земле в штате Огайо, и докторант Джефф Пиготт преследуют различную гипотезу: та Земля была сформирована со всеми океанами воды в ее интерьере и непрерывно поставляла воду поверхности через тектонику плит с тех пор.
Исследователи долго признавали, что мантия содержит немного воды, но сколько воды – тайна. И, если бы некоторый геологический механизм поставлял воду поверхности все это время, разве мантия не исчерпала бы воды к настоящему времени?Поскольку нет никакого способа непосредственно изучить глубокие скалы мантии, Panero и Pigott исследуют вопрос с экспериментами физики с высоким давлением и компьютерными вычислениями.
«Когда мы изучаем происхождение воды на Земле, что мы действительно спрашиваем, почему мы так отличаемся, чем все другие планеты?» Пэнеро сказал. «В этой солнечной системе Земля уникальна, потому что у нас есть жидкая вода на поверхности. Мы – также единственная планета с активной тектоникой плит.
Возможно, эта вода в мантии ключевая для тектоники плит, и это – часть того, что делает Землю пригодной для жилья».Главный в исследовании идея, которая качается, которые кажутся сухими к человеческому глазу, может на самом деле содержать воду – в форме водородных атомов, пойманных в ловушку в естественных пустотах и кристаллических дефектах. Кислород многочислен в полезных ископаемых, поэтому когда минерал содержит немного водорода, определенные химические реакции могут освободить водород, чтобы сцепиться с кислородом и сделать воду.Случайные атомы водорода могли составить только крошечную часть скалы мантии, объяснили исследователи.
Учитывая, что мантия составляет больше чем 80 процентов суммарного объема планеты, однако, те случайные атомы составляют в целом много потенциальной воды.В лаборатории в штате Огайо исследователи сжимают различные полезные ископаемые, которые характерны для мантии и подвергают их высокому давлению и температурам, используя алмазную клетку наковальни – устройство, которое сжимает крошечный образец материала между двумя алмазами и нагревает его с лазером – чтобы моделировать условия в глубокой Земле. Они исследуют, как кристаллические структуры полезных ископаемых изменяются, поскольку они сжаты и используют ту информацию, чтобы измерить относительные мощности производства полезных ископаемых к хранению водорода. Затем они расширяют свои результаты эксперимента, используя компьютерные вычисления, чтобы раскрыть геохимические процессы, которые позволили бы этим полезным ископаемым повыситься через мантию до поверхности – необходимое условие для воды, чтобы убежать в океаны.
В статье, теперь представленной к рецензируемому академическому журналу, они сообщили о своих недавних тестах минерала bridgmanite, формы с высоким давлением olivine. В то время как bridgmanite – самый богатый минерал в более низкой мантии, они нашли, что это содержит слишком мало водорода, чтобы играть важную роль в водоснабжении Земли.Другая исследовательская группа недавно нашла, что рингвудит, другая форма olivine, действительно содержит достаточно водорода, чтобы сделать ее хорошим кандидатом на хранение воды глубокой земли. Таким образом, Panero и Pigott сосредоточили их исследование глубины, где рингвудит найден – место на 325-500 миль ниже поверхности, что исследователи называют «зону перехода» – как наиболее вероятный регион, который может держать ценность планеты воды.
Оттуда, та же самая конвекция скалы мантии, которая производит тектонику плит, могла нести воду на поверхность.Одна проблема: Если вся вода в рингвудите все время истощается на поверхность через тектонику плит, как планета могла держать кого-либо в запасе?Для исследования, представленного в AGU, Panero и Pigott выполнили новые компьютерные вычисления геохимии в самой низкой части мантии, приблизительно 500 миль глубиной и больше. Там, другой минерал, гранат, появился в качестве вероятного водного перевозчика – посредник, который мог освободить часть воды от рингвудита вниз в в других отношениях сухое, ниже покрывают.
Если этот сценарий точен, Земля может сегодня держать вдвое меньше воды в своих глубинах, чем в настоящее время течет в океанах на поверхности, Пэнеро сказал – сумма, которая будет приблизительно равняться объему Тихого океана. Эта вода непрерывно периодически повторяется через зону перехода в результате тектоники плит.
«Один способ посмотреть на это исследование состоит в том, что мы помещаем ограничения на количество воды, которая могла быть там», добавил Пиготт.Пэнеро назвал сложные отношения между тектоникой плит и поверхностной водой «одной из больших тайн в геонауках». Но это новое исследование поддерживает подозрение роста исследователей, что конвекция мантии так или иначе регулирует количество воды в океанах. Это также значительно расширяет график времени для водного цикла Земли.
«Если вся вода Земли находится на поверхности, которая дает нам одну интерпретацию водного цикла, где мы можем думать о воде, ездящей на велосипеде от океанов в атмосферу и в грунтовую воду более чем миллионы лет», сказала она. «Но если обращение мантии – также часть водного цикла, полное время цикла для воды нашей планеты должно быть миллиардами лет».