© РИА Новости / Александр Пирагис Тихоокеанское побережье полуострова Камчатка
© РИА Новости / Александр Пирагис
Китайские и российские ученые предсказали минерал — гидросиликат магния, который теоретически мог существовать в условиях высокого давления на ранней Земле. После обособления земного ядра и падения давления в мантии этот минерал, по мнению авторов, разложился с выделением большого количества воды, которая и дала начало земным океанам. Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review Letters.
Происхождение воды на Земле — давняя научная загадка. В качестве ее источника ученые обычно рассматривают содержащие воду минералы, присутствующие сегодня в недрах. Однако вполне вероятно, что на ранних этапах геологической истории Земли, когда еще только происходило разделение ее вещества на ядро и мантию, температуры и давления в недрах были намного выше.
Китайские исследователи под руководством Сяо Дон (Xiao Dong) из Нанкайского университета и Артема Оганова из Сколтеха с помощью компьютерного моделирования предсказали существование на ранней Земле соединения Mg2SiO5H2, стабильного при высоких давлениях и температурах. Теоретически такой минерал, гидросиликат магния, по оценкам авторов, мог содержать около 11 весовых процентов воды.
“Ранняя Земля была лишена воды по меньшей мере в верхних сотнях километров благодаря высокой температуре и постоянным астероидным бомбардировкам. Когда ядро возникло (примерно через 30 миллионов лет после формирования Земли), силикатные минералы были вытеснены в область меньших давлений, где Mg2SiO5H2 неустойчив и должен был разложиться на воду и смесь MgSiO3+MgO”, — пишет Артем Оганов на своей странице в фейсбуке.
Появление воды на Земле в результате разложения первоначально существовавших в ее недрах водных минералов — одна из гипотез возникновения океанов, альтернативная “кометной” гипотезе, предполагающей, что вода была доставлена на нашу планету в результате кометной бомбардировки. Однако соотношение дейтерия к водороду в океанах иное, чем в кометах. Кроме того, поверхность Земли в период кометной бомбардировки была настолько горячей, что любая жидкая вода, поступающая извне, тут же испарилась бы.
В последнее время все больше данных свидетельствует, что большие объемы воды могли содержать в своей кристаллической структуре первичные минералы Земли. Проблема заключается только в том, чтобы определить, что это были за минералы.
Глубоко в недрах планеты давление достигает сотен гигапаскалей, что в миллионы раз больше атмосферного давления, и тысяч градусов по Кельвину. Воссоздать такие условия в лаборатории очень сложно. Ученые для этого используют методы цифрового моделирования. Авторы исследования разработали алгоритм, который по набору атомарных и молекулярных ингредиентов позволяет предсказывать стабильные кристаллические структуры.
“Мы поняли, что на ранней Земле все было совсем по-другому и силикаты существовали вплоть до центра планеты”, — приводятся в пресс-релизе слова Сяо Дон.
Включив в алгоритм расчета кристаллической структуры четыре элемента — магний, кремний, кислород и водород — исследователи получили минерал Mg2SiO5H2, который существует только при давлениях выше 260 гигапаскалей, а при более низких давлениях распадается с выделением воды.
23 июня 2021, 08:00Наука
На карте мира появился новый океан. Завершение столетнего спора