Учёные выяснили, как вода сохранилась в мантии Земли после магматического океана

Около 4,6 миллиардов лет назад Земля была раскалённым магматическим океаном, где не могло существовать жидкой воды. Учёные долго пытались понять, как на планете сохранились и сформировались океаны.

Исследование образца для изучения воды. Автор: команда профессора Ду Чжисюэ

Команда под руководством профессора Ду Чжисюэ из Гуанчжоуского института геохимии Китайской академии наук обнаружила, что огромные объёмы воды могли быть «заперты» в глубинах мантии в процессе её кристаллизации. Результаты исследования опубликованы в журнале Science.

Учёные выяснили, что самый распространённый минерал мантии — бриджманит — действует как микроскопический «контейнер для воды». Это позволило ранней Земле сохранить значительное количество воды в мантии по мере остывания планеты.

Эволюция глубоководных запасов от ранней Земли до наших дней. Автор: команда профессора Ду Чжисюэ

Исследователи преодолели технические сложности, создав экспериментальную установку с алмазной наковальней, лазерным нагревом и высокотемпературной визуализацией. Она позволила воссоздать условия на глубине более 660 километров и температуру до ~4100°C. Для анализа микроскопических образцов использовались криогенная трёхмерная электронная дифракция, NanoSIMS и атомно-зондовая томография.

Данные показали, что способность бриджманита удерживать воду резко возрастает с повышением температуры. Это означает, что в горячей фазе магматического океана кристаллизующийся бриджманит мог удержать гораздо больше воды, чем считалось ранее.

Моделирование показало, что после затвердевания магматического океана нижняя мантия стала крупнейшим резервуаром воды в твёрдой мантии. Её ёмкость могла быть в 5–100 раз больше прежних оценок. Общий объём воды, сохранённой в ранней мантии, мог составлять от 0,08 до 1 объёма всех современных океанов.

Эта глубинная вода действовала как «смазка» для геологических процессов, снижая температуру плавления и вязкость пород, способствуя циркуляции мантии и движению плит. Со временем вода постепенно возвращалась на поверхность через магматическую активность, участвуя в формировании атмосферы и океанов.

Больше информации: Wenhua Lu et al, Substantial water retained early in Earth's deep mantle, Science (2025). DOI: 10.1126/science.adx5883