Переходная зона между верхней и нижней мантией Земли содержит значительное количество воды, согласно международному исследованию Института геонаук при Университете Гёте во Франкфурте. Немецко-итало-американская исследовательская группа проанализировала редкий алмаз, образовавшийся на глубине 660 метров под поверхностью Земли, используя такие методы, как рамановская спектроскопия и ИК-Фурье-спектрометрия. Исследование подтвердило то, что долгое время было только теорией, а именно то, что океанская вода сопровождает погружающиеся плиты и, таким образом, входит в переходную зону. Это означает, что круговорот воды на нашей планете включает недра Земли.
Переходная зона (TZ) — это название, данное пограничному слою , разделяющему верхнюю и нижнюю мантии Земли . Он находится на глубине от 410 до 660 километров. Огромное давление до 23 000 бар в TZ заставляет оливково-зеленый минерал оливин, который составляет около 70% верхней мантии Земли и также называется перидотом, изменять свою кристаллическую структуру. На верхней границе переходной зоны на глубине около 410 км он превращается в более плотный вадслеит; на высоте 520 километров он затем превращается в еще более плотный рингвудит.
«Эти минеральные преобразования сильно препятствуют движению горных пород в мантии», — объясняет профессор Франк Бренкер из Института наук о Земле Университета Гёте во Франкфурте. Например, мантийные плюмы — поднимающиеся из недр мантии столбы горячих пород — иногда останавливаются прямо под переходной зоной. Движение массы в обратном направлении также останавливается. Бренкер говорит: «Погружающиеся плиты часто с трудом пробивают всю переходную зону. Так что в этой зоне под Европой находится целое кладбище таких плит».
Однако до сих пор не было известно, каковы долгосрочные последствия «всасывания» материала в переходную зону для ее геохимического состава и существуют ли там большие количества воды . Бренкер поясняет: «Погружающиеся плиты также несут глубоководные отложения в недра Земли. Эти отложения могут содержать большое количество воды и CO 2 . Но до сих пор было неясно, сколько их поступает в переходную зону в виде более устойчивые, водные минералы и карбонаты — и поэтому было также неясно, действительно ли там хранятся большие количества воды».
Существующие условия, безусловно, благоприятствовали бы этому. Плотные минералы вадслеит и рингвудит могут (в отличие от оливина на меньших глубинах) хранить большое количество воды — настолько большое, что теоретически переходная зона способна поглотить в шесть раз больше воды, чем есть в наших океанах. «Итак, мы знали, что пограничный слой обладает огромной емкостью для хранения воды», — говорит Бренкер. «Однако мы не знали, так ли это на самом деле».
Международное исследование, в котором принимал участие геолог из Франкфурта, дало ответ. Исследовательская группа проанализировала алмаз из Ботсваны, Африка. Он образовался на глубине 660 километров, как раз на границе переходной зоны и нижней мантии, где преобладающим минералом является рингвудит. Алмазы из этого региона очень редки, даже среди редких алмазов сверхглубинного происхождения, на долю которых приходится всего 1% алмазов. Анализы показали, что камень содержит многочисленные включения рингвудита, которые демонстрируют высокое содержание воды. Кроме того, исследовательская группа смогла определить химический состав камня. Это было почти точно так же, как и практически у каждого фрагмента мантийной породы, найденного в базальтах в любой точке мира. Это показало, что алмаз определенно произошел из обычного куска земной мантии. «В этом исследовании мы продемонстрировали, что переходная зона не является сухой губкой, а содержит значительное количество воды», — говорит Бренкер, добавляя: «Это также приближает нас на один шаг к идее Жюля Верна об океане внутри Земли». Разница в том, что там внизу нет океана, а есть водная скала, которая, по словам Бренкера, не будет ни мокрой, ни капающей водой.
Водный рингвудит был впервые обнаружен в алмазе из переходной зоны еще в 2014 году. Бренкер также принимал участие в этом исследовании. Однако определить точный химический состав камня не удалось, поскольку он был слишком мал. Поэтому оставалось неясным, насколько репрезентативным было первое исследование мантии в целом, поскольку содержание воды в этом алмазе также могло быть результатом экзотической химической среды. Напротив, включения в 1,5-сантиметровом алмазе из Ботсваны, который исследовательская группа исследовала в настоящем исследовании, были достаточно большими, чтобы можно было определить точный химический состав, и это стало окончательным подтверждением предварительных результатов 2014 года.
Высокая водность переходной зоны имеет далеко идущие последствия для динамической ситуации внутри Земли. К чему это приводит, видно, например, по идущим снизу раскаленным мантийным плюмам, которые застревают в переходной зоне. Там они нагревают богатую водой переходную зону, что, в свою очередь, приводит к образованию новых мантийных плюмов меньшего размера, которые поглощают воду, хранящуюся в переходной зоне. Если эти более мелкие, богатые водой мантийные плюмы теперь мигрируют дальше вверх и прорывают границу верхней мантии, происходит следующее: вода, содержащаяся в мантийных плюмах, высвобождается, что снижает температуру плавления появляющегося материала. Поэтому он тает сразу, а не перед тем, как достигнет поверхности, как это обычно бывает. В результате горные массы в этой части мантии Землив целом уже не такие жесткие, что придает массовым движениям больше динамизма. Переходная зона , которая в противном случае действует как барьер для динамики там, внезапно становится движущей силой глобального круговорота веществ.
