Утечка из самого сердца планеты. Ученые нашли новые доказательства переноса водорода из земного ядра в мантию
Исследователи выяснили, что уникальные изотопы водорода в вулканических лавах Исландии и Баффиновой Земли свидетельствуют о масштабной утечке вещества из металлического ядра нашей планеты, которое длится уже миллиарды лет.
Когда наша планета формировалась миллиарды лет назад, ее металлическое ядро было оцеплено большим массивом расплавленной породы. Со временем этот магматический слой остыл и кристаллизовался, сформировав мантию. Сегодня горячие мантийные плюмы периодически поднимаются с глубин на тысячи километров к поверхности, вызывая извержения вулканов.
Как оказалось, лава, выносимая этими потоками на поверхность, может содержать следы первичного водорода из самых глубоких недр планеты.
Водород в природе существует в двух стабильных формах — обычный легкий водород и его тяжелый изотоп дейтерий. Большинство вулканических пород имеют обычное соотношение этих изотопов, однако некоторые лавы из мантийных плюмов демонстрируют аномально низкую концентрацию дейтерия. Среди ученых шли ожесточенные дискуссии о происхождении этой особенности: заложилась ли она еще в эпоху замерзания древнего магматического океана, или является ли следствием длительной утечки вещества из земного ядра.
Чтоб отыскать ответ, команда китайских ученых под управлением Вэньчжуна Вана применила передовое компьютерное моделирование, воссоздав экстремальные условия на глубине тысяч километров под землей.
Геологи проанализировали поведение обоих изотопов водорода при кристаллизации древней магмы. В исследовании, опубликованном в журнале Science Advances, ученые доказали, что охлаждение магматического океана не могло повлечь за собой существенное разделение изотопов водорода в мантии.
Отвергнув первую гипотезу, исследователи склонились к теории утечки из ядра. Они предполагают, что водород с низким содержанием дейтерия миллиарды лет проникал из металлического центра Земли в окружающую мантию.
В пользу этой версии свидетельствуют и повышенные концентрации редкого изотопа гелия-3 в тех же вулканических породах. Результаты убедительно подтверждают сценарий утечки из ядра, но точные механизмы переноса вещества сквозь тысячекилометровую толщу мантии еще предстоит выяснить в будущих исследованиях.