Долгое время геохимиков озадачивал вопрос: как вода, присутствовавшая еще при формировании Земли, могла сохраниться в ее недрах? Предполагалось, что экстремальные давление и температура должны были полностью разрушить гидратированные минералы.
Ответ, вероятно, кроется в уникальных свойствах железа. Ученые синтезировали два ранее неизвестных железосодержащих соединения – оксигидроксиды с формулами Fe₅O₁₂Hₓ и Fe₇O₁₂Hₓ. Для этого применялась методика алмазных наковален: микроскопические образцы сжимались между двумя бриллиантами до давления 78–198 гигапаскалей, а затем разогревались лазерным импульсом до 2400–2800 кельвинов. Эти параметры точно имитируют условия на глубине в тысячи километров.
Анализ полученных кристаллов с помощью синхротронного рентгеновского излучения показал их поразительную стабильность. Примечательно, что фазы формировались даже из практически обезвоженного сырья. По словам профессора Леонида Дубровинского из Баварского научно-исследовательского института экспериментальной геохимии, для стабилизации этих минералов требуется лишь следовое количество водорода. Соединение Fe₅O₁₂Hₓ оказалось особенно богатым водородом; по расчетам, всего один процент его присутствия в породах нижней мантии способен аккумулировать значительную долю планетарного запаса летучих веществ.
Авторы полагают, что эти сверхплотные минералы концентрируются у границы ядро-мантия, формируя своего рода «водный сейф». Именно там мог кристаллизоваться древний базальтовый магматический океан, сохранив воду в своей структуре. Кроме того, данные структуры способны удерживать влагу, доставляемую глубоко в мантию процессом субдукции тектонических плит.
Это открытие дает ключ к пониманию ряда геофизических аномалий. Доктор Ман Ляньцзе поясняет, что обогащенные водой зоны могут служить пусковым механизмом для мантийных плюмов. Будучи более легкоплавкими, такие скопления высвобождают воду и газы в поднимающиеся потоки расплава, провоцируя вулканизм на поверхности. Также перераспределение железа способно объяснить необычные сигналы, регистрируемые сейсмографами над указанной границей. Результаты работы представлены в издании Nature Geoscience.
