Под нашими ногами скрыт океан — учёные нашли огромные запасы воды на глубине 700 километров
Большинство из нас с детства знает, где находится вода на Земле. Это океаны, моря, озёра, реки, облака, ледники и полярные шапки. Но что, если один из крупнейших водных резервуаров планеты находится вовсе не на поверхности? Что если колоссальное количество воды скрыто на глубине сотен километров под нашими ногами, запертое внутри горных пород в недрах планеты?
Это звучит как сюжет научно-фантастического романа. Однако за последние годы учёные собрали убедительные доказательства того, что мантия Земли может содержать огромные объёмы воды, возможно сопоставимые или даже превышающие объём всех океанов на поверхности вместе взятых. Это открытие заставило исследователей пересмотреть один из фундаментальных вопросов планетологии: откуда взялась вода на Земле и где она на самом деле хранится?
Когда в заголовках новостей появились утверждения о том, что учёные обнаружили «океан» почти на 700 километров под поверхностью Земли, многие представили нечто драматическое — гигантское подземное море, огромные пещеры, заполненные водой, или необъятный скрытый океан, простирающийся под континентами. Реальность оказалась гораздо более странной. Нет никакого подземного моря, плещущегося под земной корой. Вода существует в форме, которую большинство людей никогда не встречало. Она заперта внутри минералов, подвергающихся колоссальным давлениям и температурам в глубинах мантии. Вместо того чтобы заполнять пещеры или подземные камеры, вода химически связана внутри самих пород.
Чтобы понять значение этого открытия, полезно совершить мысленное путешествие к центру нашей планеты. Земля состоит из четырёх основных слоёв: коры, мантии, внешнего ядра и внутреннего ядра. Хотя кора — это то место, где мы живём, а ядро часто привлекает общественное внимание, большая часть объёма Земли находится в мантии — обширном скалистом слое, простирающемся почти на 2900 километров под поверхностью. Внутри мантии лежит особенно загадочная область, известная как переходная зона, расположенная примерно на глубине от 410 до 660 километров. Эта зона испытывает настолько экстремальные давления и температуры, что знакомые минералы превращаются в совершенно новые формы, не встречающиеся на поверхности Земли.
Десятилетиями учёные подозревали, что в этом скрытом слое может происходить нечто необычное. Доказательства накапливались медленно, но подтвердить их оставалось сложной задачей. Исследователи обнаружили, что были правы, когда нашли ключевой минерал — рингвудит. Большинство людей никогда не слышали о рингвудите, потому что он не встречается на поверхности Земли естественным образом. Он формируется только под теми чудовищными давлениями, которые существуют на глубине сотен километров. Что делает рингвудит экстраординарным — так это его способность хранить воду. Не жидкую воду, не лёд, не пар. Вода оказывается включённой непосредственно в кристаллическую структуру минерала в виде гидроксильных ионов. По сути, сама порода становится огромным водным резервуаром.
Учёные годами предсказывали такую возможность в лабораторных экспериментах и теоретических моделях. Но научные предсказания требуют доказательств. Исследователям нужны были подтверждения того, что водосодержащий рингвудит действительно существует глубоко внутри Земли. Это доказательство пришло неожиданным образом. В 2014 году учёные объявили о замечательном открытии, связанном с алмазом, сформировавшимся глубоко в мантии Земли. Внутри алмаза оказалось крошечное включение природного рингвудита. Когда исследователи проанализировали минерал, они нашли доказательства того, что он содержит значительные количества воды. Впервые у учёных появилось прямое физическое подтверждение того, что вода существует в переходной зоне Земли. Это была не компьютерная симуляция и не лабораторная реконструкция. Это был реальный образец из глубин планеты.
И вот здесь история становится поистине поразительной. Рингвудит и родственные ему мантийные минералы могут хранить удивительно большие объёмы воды. Некоторые исследования предполагают, что если переходная зона гидратирована в значительной степени, она может содержать воду, эквивалентную нескольким объёмам всех поверхностных океанов Земли. Эту цифру трудно осознать. Океаны Земли содержат примерно 1,3 миллиарда кубических километров воды. Возможность того, что сопоставимые или даже большие объёмы могут существовать глубоко под землёй, бросает вызов нашему восприятию планеты.
Учёные стараются не преувеличивать значение находки. Не каждый регион переходной зоны содержит одинаковое количество воды, и исследователи продолжают спорить о том, сколько именно там хранится. Даже консервативные оценки предполагают, что скрытый резервуар огромен.
Возникает очевидный вопрос: если такой массивный резервуар существует, почему его так долго не могли обнаружить? Ответ прост: никто не может пробурить так глубоко. Самая глубокая скважина, когда-либо созданная человечеством, Кольская сверхглубокая скважина в России, достигла чуть более 12 километров под поверхностью. Переходная зона начинается более чем на 400 километров вглубь. Прямое исследование невозможно с современными технологиями. Вместо этого учёные полагаются на косвенные методы. Они изучают сейсмические волны, генерируемые землетрясениями, проводят высокодавленные лабораторные эксперименты, анализируют алмазы из глубокой мантии, разрабатывают компьютерные модели и исследуют физику минералов в экстремальных условиях.
Одна из причин, по которой это открытие часто понимают неправильно, заключается в том, что само слово «вода» создаёт обманчивый мысленный образ. Переходная зона не заполнена жидкими океанами. Условия там слишком экстремальны. Температура может превышать полторы тысячи градусов Цельсия, а давление в сотни тысяч раз выше, чем на уровне моря. В таких условиях вода ведёт себя иначе. Вместо того чтобы существовать как жидкость, водород и кислород оказываются запертыми в кристаллических структурах минералов. Если бы каким-то образом можно было посетить этот регион, вы бы не нашли там волн, рыб, коралловых рифов или подводных пейзажей. Вы бы нашли породы — экстраординарные породы, способные хранить огромные количества химически связанной воды.
Открытие также выявило нечто неожиданное в самой Земле. Большинство людей воспринимает водный цикл как поверхностное явление. Дождь падает из облаков, реки несут воду в океаны, солнечный свет движет испарением, и цикл повторяется. Учёные теперь знают, что эта история гораздо масштабнее. Тектонические плиты уносят водосодержащие минералы в недра Земли через процесс субдукции. Когда эти плиты погружаются в мантию, часть воды оказывается запертой в глубинных минералах. Со временем геологические процессы, такие как вулканизм и мантийная циркуляция, могут возвращать часть воды обратно к поверхности. Это предполагает, что Земля обладает глубинным водным циклом, действующим в течение сотен миллионов лет. Океаны, которые мы видим сегодня, могут представлять лишь один видимый компонент гораздо более крупной планетарной системы.
Последствия открытия простираются далеко за пределы геологии. Десятилетиями учёные спорят о происхождении земной воды. Одни теории предполагают, что кометы доставили воду на молодую планету, другие утверждают, что большая часть воды Земли была здесь с самого начала. Огромный мантийный резервуар поддерживает идею о том, что Земля могла хранить и перерабатывать воду внутри себя миллиарды лет. Открытие не ставит точку в споре, но оно кардинально меняет характер дискуссии.
Эти выводы имеют значение и за пределами Земли. Планетологи всё чаще исследуют, могут ли другие каменистые миры также скрывать глубинные водные резервуары. Если минералы, подобные рингвудиту, существуют внутри других планет, они потенциально могут хранить огромные количества воды под своими поверхностями. Такие скрытые резервуары могут влиять на эволюцию планет, климатическую стабильность, тектоническую активность и даже на потенциал зарождения жизни. Некоторые планеты, выглядящие сухими и безжизненными из космоса, на самом деле могут содержать значительные объёмы воды, скрытые под землёй.
Когда люди думают об исследовании, они обычно смотрят вверх — на Марс, далёкие галактики, чёрные дыры и планеты, вращающиеся вокруг других звёзд. Однако одно из самых экстраординарных открытий современной науки может быть скрыто прямо под нашими ногами. Огромный водный резервуар. Скрытая планетарная система, действующая вне поля зрения. Глубинный земной цикл, формировавший наш мир миллиарды лет. Это отрезвляющая мысль. Человечество отправило космические аппараты за пределы Солнечной системы, сфотографировало галактики на расстоянии миллиардов световых лет и исследовало миры по всему космосу. Однако мы всё ещё раскрываем фундаментальные тайны нашей собственной планеты. Скрытый океан внутри Земли — напоминание о том, что в этом мире всё ещё остаются неисследованные уголки. И некоторые из величайших загадок ждут нас не среди звёзд, а почти на 700 километров ниже наших ног.
