Металеве ядро Землі може бути не настільки ізольованим від решти планети, як вважали раніше. Нове дослідження показало, що протягом мільярдів років із нього міг поступово виходити водень, змінюючи хімічний склад мантії та вулканічних порід на поверхні.
Приблизно 4,5 мільярда років тому молода Земля перебувала у розплавленому стані. У процесі формування планети важкі метали, насамперед залізо, поступово опускалися до центру, утворюючи ядро, тоді як легші силікатні речовини залишалися у мантії.
Тривалий час вважалося, що після цього розділення два величезні внутрішні резервуари планети залишалися відносно ізольованими один від одного. Однак нові результати комп’ютерного моделювання свідчать, що між ядром і мантією міг відбуватися тривалий обмін речовинами.
Дослідники зосередилися на поведінці водню в умовах надзвичайно високих температур і тиску, характерних для ранньої Землі. Особливу увагу вони приділили двом його ізотопам: звичайному легкому водню та дейтерію, який має додатковий нейтрон.
Під час формування металевого ядра залізо могло поглинати водень, причому легкий ізотоп потрапляв до нього активніше. У результаті ядро могло накопичити значні запаси водню з порівняно низьким вмістом дейтерію.
Ключову підказку науковці знайшли в хімічному складі вулканічних порід канадського острова Баффінова Земля та Ісландії. У цих породах виявили надзвичайно низьке співвідношення дейтерію до звичайного водню, яке складно пояснити лише процесами формування та охолодження первісної мантії.
Комп’ютерні розрахунки показали, що розподіл ізотопів водню під час охолодження давнього океану магми не повністю пояснює такі показники. Тому дослідники припустили існування додаткового джерела легкого водню в глибинах планети.
Таким джерелом могло бути саме металеве ядро Землі. За запропонованою моделлю, водень із низьким вмістом дейтерію поступово переходив із ядра в нижню мантію протягом мільярдів років.
Згодом речовина з глибоких шарів могла потрапляти ближче до поверхні разом із висхідними потоками мантії. Це дозволяє пояснити незвичайний ізотопний склад окремих вулканічних порід.
Додаткові аргументи на користь такого механізму пов’язані з гелієм. У деяких вулканічних породах спостерігається високе співвідношення гелію-3 до гелію-4, яке може свідчити про збереження давніх запасів речовини з ранніх етапів існування Землі.
Науковці припускають, що частина первинного гелію могла тривалий час зберігатися в ядрі. Його подальше переміщення до мантії могло залишити характерні хімічні сліди в породах, які утворювалися під час вулканічної активності.
Ще одним можливим свідченням обміну речовинами стали незвичайні ізотопні характеристики вольфраму та рутенію. Їхні особливості також узгоджуються з припущенням про надходження певних компонентів із глибоких внутрішніх шарів планети.
Водночас дослідники не стверджують, що рідке металеве ядро буквально витікає в мантію. Йдеться про можливе повільне переміщення окремих хімічних елементів через межу між двома внутрішніми оболонками Землі.
Поки що такий механізм залишається науковою гіпотезою, яку підтримують результати моделювання та геохімічні спостереження. У майбутньому вчені планують точніше встановити, як саме водень та інші первинні елементи можуть переходити з ядра до мантії.
🌟 Читайте «Експерт» у своєму смартфоні — додайте нас в Google Discover
About the Author
