Международен изследователски екип откри две неизвестни досега железни съединения, които остават стабилни дори при екстремни условия, открити дълбоко в земната мантия. Тези железни оксихидроксиди биха могли да служат като дългосрочни резервоари за вода близо до границата между земното ядро и мантията.
Водата играе важна роля дълбоко в земните недра: тя влияе например върху начина, по който скалите се топят и деформират, както и върху транспорта на химични елементи. Досега обаче не бе ясно кои минерали могат да съхраняват вода за дълги периоди при екстремните условия на дълбоката мантия. Геохимични изследвания на вулканични скали от остров Бафинова земя в Канада и от Исландия показват, че част от водата, присъстваща от образуването на Земята, може все още да се съхранява дълбоко във вътрешността на планетата днес.
За да възпроизведат екстремните условия на налягане и температура дълбоко в земните недра в лабораторни условия, изследователите компресират малки проби между два диаманта и ги нагрявали с лазери. В този експеримент те успяват да достигнат налягане от почти 200 гигапаскала - около два милиона пъти атмосферното налягане на земната повърхност - и температури от около 2500 градуса по Целзий. При тези екстремни условия се образували два неизвестни досега железни оксихидроксида: съединения, съставени от желязо, кислород и водород. Техните химични формули са Fe₅O₁₂Hₓ и Fe₇O₁₂Hₓ.
"Не можем просто да пробием дълбоко в Земята и да вземем проби, най-дълбокият сондаж е достигнал само около 12 км дълбочина в земната кора", отбелязва Константин Глазирин (Konstantin Glazyrin), оперативен мениджър на лъчевата линия за високо налягане P02.2 в Немския електронен синхротрон DESY.
Вместо това, изследователите трябва да възпроизведат условията, открити във вътрешността на Земята на дълбочина от около 2900 км, в лабораторията и след това да изследват какви материали се образуват в такава екстремна среда.
Рентгенов изглед на малки кристали
За да определи химичния състав и кристалните структури на новообразуваните съединения, изследователският екип използва рентгенови лъчи, наред с други техники.
Забележително е, че новите съединения не са се образували само от богати на вода изходни материали. Изследователите са успели да ги произведат и от проби, които почти не съдържат вода.
"Изглежда, че дори много малки количества водород са достатъчни, за да се образуват тези богати на вода железни съединения", заключава Леонид Дубровински (Leonid Dubrovinsky) от Баварския изследователски институт по експериментална геохимия и геофизика (BGI) към университета в Байройт.
Раждането на подземните гиганти
Новооткритите железни оксихидроксиди биха могли да помогнат за съхранението на водород при екстремни условия в дълбините на Земята. По-специално, Fe₅O₁₂Hₓ може да побере големи количества водород.
Най-важното откритие е, че новите съединения се образуват дори при силно дехидратирани условия - когато изходният материал съдържа по-малко от 0,1% вода. Вътрешността на Земята не е гигантски подземен океан. Водата там ще бъде част от минералната кристална решетка при пълна липса на свободна течност. А откритите оксихидроксиди са идеални за тази роля.
Оказа се, че те са значително по-плътни от околната мантийна скала. Това означава, че когато древният магмен океан се е охладил и кристализирал в началото на историята на Земята, тези водосъдържащи минерали са потънали до самото дъно, достигайки границата между мантията и ядрото. Този резервоар обаче не е напълно запечатан. Когато мантийните течения издърпват скалата нагоре, падащото налягане разгражда минералите, освобождавайки водата. Чрез мантийните струи и вулканичната активност тази вода в крайна сметка се връща на повърхността.
Въпреки откритието, картината на цикъла остава непълна. Учените все още не са изчислили точно колко вода съдържат тези структури и колко бързо тя може да мигрира към повърхността. Въпреки това, откритието на скрити оксихидроксиди доказва, че глобалният хидрологичен цикъл на Земята се простира до самия ръб на металното ѝ ядро, обяснявайки как планетата е успяла да запази океаните си в продължение на милиарди години.
Дали тези съединения действително се срещат естествено във вътрешността на Земята, остава открит въпрос. Новите открития обаче добавят още едно парче към пъзела за разбиране на материалите и процесите при екстремните условия на дълбоката Земя.
По-нататъшни изследвания ще проучат как тези съединения се образуват и се държат при такива условия.
Изследователи от Центъра за напреднали изследвания в областта на науката и технологиите за високо налягане (HPSTAR), Баварския изследователски институт по експериментална геохимия и геофизика (BGI) към университета в Байройт, Европейския център за синхротронно лъчение (ESRF), ETH Zurich, Шанхайския институт по приложна физика, Немския електронен синхротрон DESY и Университета Гьоте във Франкфурт са сред участниците в проучването.
Справка: Yuan, H., Man, L., Kupenko, I. et al. Dense iron oxyhydroxides as possible reservoirs of water under deep mantle conditions. Nat. Geosci. (2026). https://doi.org/10.1038/s41561-026-02067-1
Източник:
Iron minerals could store water deep inside the Earth, DESY
Earth May Be Harboring a Hidden Stash of Water, Up to 1,800 Miles Below The Surface, Sciencealert
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари
Памет на водата или как ни промиват мозъка
Произходът на мартеницата трябва да се търси далече - в Индия и Древна Гърция
Откъде идва "химията" на междуличностните връзки?
dolivo
Експериментален руски спътник се разпада в орбита и оставя следи от отломки