Часть воды, существовавшей ещё во время формирования Земли, может до сих пор находиться в глубинах планеты в соединениях железа. Международная группа учёных впервые синтезировала два минерала, способных удерживать водород в условиях нижней мантии, сообщает Phys.org со ссылкой на исследование в Nature Geoscience.

На существование глубинных запасов воды ранее указывал химический состав вулканических пород с Баффиновой Земли в Канаде и из Исландии. Однако исследователи не знали, какие вещества способны сохранять её при давлении и температуре, характерных для глубин в тысячи километров.

Группа под руководством Байройтского университета получила два соединения железа — Fe₅O₁₂Hₓ и Fe₇O₁₂Hₓ. Для экспериментов образцы помещали между алмазными наковальнями, сжимали и нагревали лазерами.

В лаборатории удалось создать давление от 78 до 198 гигапаскалей при температуре от 2400 до 2800 кельвинов. Состав и структуру получившихся веществ определили с помощью синхротронного рентгеновского излучения.

Соединения возникали как в насыщенных водой смесях, так и в образцах с небольшим содержанием водорода. По словам профессора Леонида Дубровинского, даже малого его количества оказалось достаточно для стабилизации таких минералов.

Читайте также
Учёные воссоздали «мини-Большой взрыв»

Одним из источников воды для их формирования мог стать древний магматический океан, который существовал над границей земного ядра и мантии. По мере остывания расплав накапливал железо и воду, создавая условия для появления соответствующих соединений.

Из-за высокой плотности эти минералы способны оставаться около границы ядра и мантии на протяжении геологических эпох. Они могут удерживать как воду времён формирования планеты, так и водород, который позднее попал в её недра вместе с погружающимися тектоническими плитами.

Особое внимание учёные уделили Fe₅O₁₂Hₓ из-за высокого содержания водорода. Согласно расчётам, даже при концентрации около 1% в мантии этот минерал способен содержать значительную долю водорода силикатной части Земли. При этом его залежи, вероятно, распределены неравномерно.

Открытие также может помочь объяснить некоторые сейсмические аномалии около границы ядра и мантии. Авторы допускают, что насыщенные водой скопления таких соединений участвуют в образовании мантийных плюмов. При нагревании они плавятся и высвобождают воду и другие летучие вещества, которые вместе с расплавом могут подниматься к поверхности и участвовать в вулканических процессах.