یک اقیانوس زیرزمینی کشف شده است. ذخایر عظیم آب در اعماق زمین کشف شده است

اعماق زمین حاوی مقدار زیادی آب است که چندین برابر بیشتر از حجم اقیانوس جهانی است. چگونگی رسیدن به آنجا نامشخص است و تنها می توان در مورد نقش آن در شکل گیری و پویایی داخلی مدرن سیاره حدس زد. اگرچه در سال 2016 دانشمندان حداقل در گذشته از یک اقیانوس زیرسطحی بر روی پلوتو اطلاع داشتند، اما تا سال 2014 بود که به طور قابل اعتمادی از فراوانی آب در گوشته زمین مطلع شدند. Lenta.ru در مورد اکتشافات غیرمنتظره، از جمله اکتشافاتی که با مشارکت ژئوفیزیکدانان روسی انجام شده است، صحبت می کند.

دانشمندان آنقدر که به نظر می رسد در مورد ساختار داخلی زمین نمی دانند. کاوش مستقیم در داخل سیاره بسیار دشوار است. توزیع چگالی در داخل زمین را می توان ارزیابی کرد، به عنوان مثال، با مشاهده انتشار امواج لرزه ای - در عمق چند ده کیلومتری، در به اصطلاح مرز Mohorovicic، سرعت آنها به شدت از 7 به 8 کیلومتر در ثانیه افزایش می یابد. این بدان معنی است که آشفتگی ماده از محیطی با چگالی کمتر به محیطی متراکم تر - از پوسته به گوشته بالایی منتقل شد. در گوشته، امواج نیز با سرعت های مختلف منتشر می شوند - در عمق حدود 600 کیلومتری، کاهش سرعت رخ می دهد، اختلال به منطقه گوشته پایینی می رود و سپس در عمق حدود 2.9 هزار کیلومتری به هسته می رسد.

علاوه بر این، مطالعه مواد معدنی که زمانی در روده های سیاره قرار داشتند کمک می کند. اینگونه بود که آب زیرزمینی کشف شد. در سال 2014، یک تیم بین المللی از ژئوفیزیکدانان در مجله Nature گزارش دادند که ذخایر عظیمی از آب در لایه انتقال بین گوشته بالایی و پایینی، در عمق 410-660 کیلومتری وجود دارد. دانشمندان با اشعه ایکس، رامان و مادون قرمز نمونه‌های الیوین یافت شده در نزدیکی رودخانه سائو لوئیس در برزیل مدرن را انجام دادند و اجزای رینگ‌وودیت حاوی آب در این ماده معدنی را شناسایی کردند.

آب فقط از ناحیه گذار گوشته می توانست به آنجا برسد - این احتمال قبلاً با محاسبات و آزمایشات نظری نشان داده شده بود. بر اساس این داده ها، الیوین در دماها و فشارهای بالا مشخصه گوشته در عمق 410-660 کیلومتری به رینگ وودیت و کانی دیگری به نام وادسلییت تبدیل می شود. رینگ‌وودیت و وادسلایت نسبت به الیوین آب بیشتری جذب می‌کنند - تا حدود 2.5 درصد از جرم کل خود. نمونه ای که توسط دانشمندان مورد بررسی قرار گرفت، حاوی 1.5 درصد رینگ وودیت بود. ژئوفیزیکدانان به این نتیجه رسیده اند که حداقل به صورت محلی، یعنی جایی که رینگ وودیت از الیوین سرچشمه می گیرد، گوشته تقریباً یک درصد آب در جرم است. تخمین های ساده نشان می دهد که در اعماق زمین آب کافی برای حداقل چندین اقیانوس جهان وجود دارد.

این را گروه دیگری از دانشمندان که شامل متخصصان روسی نیز می‌شدند، تأیید کردند. در سال 2015، در مجله Nature، آنها مقاله ای را با نتایج یک مطالعه روی رینگ وودیت که در کمربند سنگ سبز Abitibi در سپر کانادایی سکوی آمریکای شمالی یافت شد، منتشر کردند. این کمربند یکی از گسترده‌ترین مجموعه‌های سنگی آرکئن میانی و پسین را نشان می‌دهد. چنین مجتمع هایی می توانند به عمق 20 کیلومتر، عرض 200 کیلومتر و طول هزار کیلومتر برسند. شش تا در سپر کانادا وجود دارد. کمربندهای گرین استون 2.5 تا 3.5 میلیارد سال پیش روی زمین شکل گرفتند - که نشان دهنده سن رینگ وودیت مورد مطالعه و اقیانوس زیرزمینی محصور در مواد معدنی است.

ژئوفیزیکدانان با مطالعه ادغام‌های موجود در الیوین، افزایش محتوای آب را در ذوب اولیه کوماتییت‌ها - محصولات فوران‌های آتشفشانی 2.7 میلیارد ساله از کمربند Abitibi - شناسایی کردند. کوماتییت ها به احتمال زیاد در یک ستون گوشته عمیق با دمای بالقوه 1725 درجه سانتیگراد تشکیل شده اند. آب موجود در منبع گوشته کماتییت ها از ناحیه گوشته میانی در عمق 620-410 کیلومتری گرفته شد. در انجام این کار علمی، دانشمندان روسی از موسسه ژئوشیمی و شیمی تحلیلی ولادیمیر ورنادسکی آکادمی علوم روسیه، روشی منحصر به فرد برای میکروآنالیز الیوین با کاوشگر الکترونی با دقت تعیین عناصر ناخالص پنج گرم در تن، توسعه دادند. برای اولین بار در روسیه روشی با دمای بالا (تا + 1700 درجه سانتیگراد) راه اندازی کرد. راه اندازی آزمایشی با فوگاسیته اکسیژن کنترل شده.

نتیجه گیری دانشمندان تایید شد. ژئوفیزیکدانان بریتانیایی و آمریکایی با انجام محاسبات مکانیکی کوانتومی کامپیوتری بسیاری نشان دادند که بسیاری از آنها، از جمله آب، مواد معدنی، به ویژه بروسیت، در فشارها و دماهای بالا، مانند روده های زمین در عمق 400، هیدراته می شوند. -600 کیلومتر، از نظر ترمودینامیکی پایدار هستند. این در مقاله ای که در سال 2016 در مجله Proceedings of the National Academy of Sciences منتشر شد، گزارش شد.

یک تیم بین المللی دیگر از ژئوفیزیکدانان الماسی را که تقریباً 90 میلیون سال پیش در طی یک فوران آتشفشانی در سطح زمین در نزدیکی رودخانه سائو لوئیس در برزیل به بیرون پرتاب شده بود، تجزیه و تحلیل کردند. میکروسکوپ مادون قرمز آخالهایی را در ماده معدنی نشان داد که در طول تشکیل آن بوجود آمد و با حضور یونهای هیدروکسیل همراه بود که به احتمال زیاد همراه با آب وارد ماده معدنی شدند. معلوم شد که این اجزاء عمدتاً از فریپریکلاز (magnesiowüstite) تشکیل شده است - حدود یک پنجم فاز معدنی پایین را تشکیل می دهد ، یعنی در عمق 660-2900 کیلومتری گوشته زمین قرار دارد. نتایج این مطالعه در مجله Lithos منتشر شده است.

Ferripericlase از اکسیدهای آهن و منیزیم تشکیل شده است و همچنین می تواند در فشارها و دماهای بسیار بالا که مشخصه گوشته پایینی است، کروم، آلومینیوم و تیتانیوم را جذب کند. در همین حال، این اجزاء اضافی در این ماده معدنی کشف نشد، به این معنی که الماس در عمق حدود هزار کیلومتری پدید آمده است. بنابراین، آب زیرزمینی محصور در مواد معدنی نه تنها در عمق 600-400 کیلومتری، بلکه در لایه های عمیق تر گوشته قرار دارد.

آب می تواند بر هدایت الکتریکی گوشته و تحرک آن تأثیر بگذارد. دانشمندان هنوز نمی توانند به طور قطعی بگویند که چرا مقدار زیادی از آن در روده های زمین وجود دارد و چگونه به آنجا رسیده است. پیش از این، ژئوفیزیکدانان معتقد بودند که آب از اقیانوس جهانی در نتیجه فرورانش به سیاره نفوذ می کند - غوطه ور شدن یک صفحه لیتوسفر در زیر صفحه دیگر. غلظت غیرعادی بالای آب در کانی های مورد مطالعه را نمی توان با چنین مکانیزمی توضیح داد. به احتمال زیاد، آب زیرزمینی در طول شکل گیری این سیاره شکل گرفته است. دانشمندان سعی خواهند کرد با تجزیه و تحلیل مجموعه ای از کوماتییت های جمع آوری شده در استان باربرتون آفریقا، وضعیت را روشن کنند. تخمین زده می شود که این گدازه های باستانی سخت شده 3.3 میلیارد سال قدمت داشته باشند.

اعماق زمین حاوی مقدار زیادی آب است که چندین برابر بیشتر از حجم اقیانوس جهانی است. چگونگی رسیدن به آنجا نامشخص است و تنها می توان در مورد نقش آن در شکل گیری و پویایی داخلی مدرن سیاره حدس زد. اگرچه در سال 2016 دانشمندان از قبل، حداقل در گذشته، به وجود یک اقیانوس زیرسطحی بر روی پلوتو اطمینان داشتند، آنها فقط در سال 2014 به طور قابل اعتمادی از فراوانی آب در گوشته زمین مطلع شدند. Lenta.ru در مورد اکتشافات غیرمنتظره، از جمله اکتشافاتی که با مشارکت ژئوفیزیکدانان روسی انجام شده است، صحبت می کند.

این را گروه دیگری از دانشمندان که شامل متخصصان روسی نیز می‌شدند، تأیید کردند. در سال 2015، آنها مقاله‌ای را در مجله Nature منتشر کردند که نتایج مطالعه‌ای بر روی رینگ‌وودیت یافت شده در کمربند سبز سنگی Abitibi در سپر کانادایی صفحه آمریکای شمالی یافت شد. این کمربند یکی از گسترده‌ترین مجموعه‌های سنگی آرکئن میانی و پسین را نشان می‌دهد. چنین مجتمع هایی می توانند به عمق 20 کیلومتر، عرض 200 کیلومتر و طول هزار کیلومتر برسند. شش تا در سپر کانادا وجود دارد. کمربندهای گرین استون 2.5 تا 3.5 میلیارد سال پیش روی زمین شکل گرفتند - که نشان دهنده سن رینگ وودیت مورد مطالعه و اقیانوس زیرزمینی محصور در مواد معدنی است.

نتیجه گیری دانشمندان تایید شد. ژئوفیزیکدانان بریتانیایی و آمریکایی، با انجام محاسبات مکانیکی کوانتومی کامپیوتری، نشان داده اند که بسیاری از آنها، از جمله آب، مواد معدنی، به ویژه بروسیت، در فشارها و دماهای بالا، مانند در روده های زمین در عمق 400-600 کیلومتر، از نظر ترمودینامیکی پایدار هستند. این در مقاله ای که در سال 2016 در مجله Proceedings of the National Academy of Sciences منتشر شد، گزارش شد.

چند صد کیلومتر زیر سطح زمین اقیانوسی از آب وجود دارد، یک مخزن عمیق که قبلاً در دوره آرکئن، بیش از 2.7 میلیارد سال پیش شکل گرفته است.

درست است، این اقیانوس غیرمعمول است: برای شنا، ناوبری یا زندگی به طور کلی نامناسب است، زیرا از زمان پیدایش آن، آب موجود در آن در حالت فسیل شده بوده است، یا بهتر است بگوییم، در ساختار کریستالی مواد معدنی بیش از 2 میلیارد تشکیل شده است. سالها پیش.

دانشمندان روسی از موسسه ژئوشیمی و شیمی تحلیلی به این نتیجه در مورد سن اقیانوس فسیل شده رسیده اند. آکادمی علوم روسیه Vernadsky () با کمک همکارانی از فرانسه و آلمان. مقاله ای در مورد تحقیقات آنها، که با حمایت کمک مالی از بنیاد علوم روسیه (RSF) انجام شده است. در آخرین شماره مجله نیچر منتشر شدپنجشنبه شب به وقت مسکو

دانشمندان مدتهاست که به وجود مخازن عظیم آب "فسیل شده" در اعماق زمین مشکوک بودند، اما اولین شواهد اخیرا دریافت شد. دو سال پیش، آنها ترکیبات معدنی کمیاب رینگ‌وودیت را تجزیه و تحلیل کردند که گنجایش آن را در یک الماس باستانی کشف کردند. رینگ وودیت و وادسلایت دو کانی هستند که کانی اصلی گوشته الیوین به آنها تبدیل می شود. این در اعماق 410-660 کیلومتری، در به اصطلاح منطقه انتقال گوشته، تحت تأثیر فشار بالا رخ می دهد. ویژگی این دو ماده معدنی توانایی آنها در تمرکز بیشتر مولکول های آب نسبت به الیوین اصلی است.

اگر الیوین حاوی آب به میزان 100 گرم در تن باشد، رینگ وودیت و وادسلایت می توانند چندین صد برابر بیشتر جمع شوند.

همانطور که کانادایی ها دریافتند رینگ وودیت "الماس" حاوی 1.4 درصد آب بود. و این گواه روشنی بود که در ناحیه گذار گوشته مخزن عظیمی از آب وجود دارد که برابر با چندین حجم از اقیانوس جهانی است و توسط این مواد معدنی مانند اسفنج جمع آوری شده است.

نویسنده اصلی این اثر جدید، عضو مسئول آکادمی علوم روسیه، رئیس آزمایشگاه سنگ‌های آذرین و دگرگونی در GEOKHI، به گازتا گفت: با این حال، نمی‌توان در مورد سن آب از این الماس چیزی گفت. .Ru. این الماس می تواند 100 میلیون سال قدمت داشته باشد، مانند کیمبرلیت که این الماس را از اعماق بیرون آورد، و چندین میلیارد سال، مانند برخی از الماس های آفریقایی. ما تصمیم گرفتیم این موضوع را روشن کنیم و شروع به مطالعه یک نوع بسیار نادر از سنگ های آذرین - کوماتییت ها کردیم که با ذوب تقریباً کامل مواد گوشته عمیق فقط در آرکئن، بیش از 2 میلیارد سال پیش، تشکیل شدند. این ذوب ها در توده های گوشته داغی که از هسته زمین از ناحیه انتقال عبور می کردند، تشکیل می شدند. در دوران آرکئن، زمین بسیار داغتر از آنچه اکنون است بود، و توده های گوشته باستانی ممکن است تا حدی در منطقه گذار ذوب شده باشند. از آنجایی که آب به راحتی در مذاب حل می شود، جت های گوشته و سپس کماتییت ها باید آن را از منطقه انتقال جمع می کردند، البته اگر قبلاً آنجا بود.

ما 2.7 جریان گدازه‌ای Ga komatiite را از مکان‌های مختلف در کانادا بررسی کردیم. مطالعه محتوای آب در سنگ بیهوده بود؛ مدتها پیش آن را به گرد و غبار تبدیل کرده بود، ترکیب آن را به روشی غیرقابل تشخیص تغییر داده بود، بنابراین تجزیه و تحلیل چنین بقایایی چیزی به همراه نداشت. بنابراین، ما شروع به جستجوی اجزای مذاب کوماتییت کردیم که در الیوین کپسوله شده بودند. هنگامی که این گدازه ها به سطح سرازیر شدند، الیوین در حال متبلور شدن، بخش های کوچکی از مذاب را جذب کرد و آنها را به طور کامل از محیط خارجی جدا کرد. و این ریزبخش ها ترکیب اصلی خود را حفظ کردند، از جمله عناصر فرار موجود در آن. در این مذاب ها بود که ما محتوای اولیه آب را در آنها کشف کردیم و معلوم شد که این مقدار زیاد است.

بنابراین ما ثابت کرده‌ایم که یک مخزن عظیم آب، احتمالاً کمتر از حجم اقیانوس مدرن، قبلاً در عمق 410-660 کیلومتری حداقل 2.7 میلیارد سال پیش وجود داشته است.

کار گروه سوبولف توسط بنیاد علوم روسیه تامین شد: محققان کمک مالی سه ساله "منشاء ماگماهای اولترامافیک: کوماتییت ها، بونینیت ها، میمکیت ها" را دریافت کردند که در آن 5 میلیون روبل به آنها اختصاص یافت. سالانه

با این حال، همانطور که اغلب در علم اتفاق می افتد، پاسخ داده شده باعث ایجاد سؤالات جدیدی شد. مورد اصلی مربوط به این بود که این همه آب از کجا می تواند در چنین اعماق چشمگیری بیاید. تا به حال اعتقاد بر این بود که آب در هنگام فرورانش صفحات تکتونیکی به چنین عمقی رسیده است، زمانی که در طول رانش ثابت خود، یک صفحه، هنگام ملاقات با دیگری، شروع به فرو رفتن در زیر آن می کند - ابتدا در یک زاویه، و سپس تقریباً عمودی. با پایین رفتن صفحات، مقداری از آبی را که روی سطح در تغییر آنها نقش داشته است، با خود می برند. همراه با صفحات، مواد معدنی آبی تشکیل شده در آنها تغییر شکل داده و به گوشته عمیق رفتند و در آنجا آب برای میلیاردها سال انباشته شد و بخشی از مواد معدنی جامد شد. امروزه، این نظریه زیبا توسط دانشمندان GEOKHI مورد سوال قرار گرفته است: طبق محاسبات آنها، 2.7 میلیارد سال پیش آب بسیار زیادی در منطقه انتقال انباشته شده بود. و اگر همانطور که امروزه تصور می شود، تکتونیک صفحه، و در نتیجه فرورانش، حدود 3 میلیارد سال است که روی زمین وجود داشته است، به وضوح سیصد میلیون سال برای انباشته شدن چنین مقدار کافی نیست.

الکساندر سوبولف می گوید: "شاید آب اصلی در همان ابتدا، در هنگام شکل گیری سیاره در آنجا انباشته شده باشد، اما این یک بیانیه نیست، بلکه فقط یک سوال است که هنوز در انتظار پاسخ است."

علاوه بر این، به عنوان بخشی از کمک مالی، دانشمندان توانستند کوماتییت های کشف شده در آفریقای جنوبی را که مسن تر از کانادایی ها هستند - سن آنها بیش از 3.3 میلیارد سال است، مطالعه کنند.

سوبولف می‌گوید: «اکنون در حال تکمیل تجزیه و تحلیل نمونه‌های آفریقایی هستیم، و امیدوارم مطالعه آنها، که نتایج آن را امسال منتشر کنیم، به این سؤال پاسخ دهد که چگونه این همه آب در چنین اعماق انباشته شده است.»

در عمق 400-600 کیلومتری سه اقیانوس جهانی وجود دارد. درست است، آب در اینجا پاشیده نمی شود، اما در "کپسول" های عجیب و غریب از مواد معدنی ذخیره می شود. مقاله ای در مورد این کشف هیجان انگیز در یکی از معتبرترین مجلات علمی به نام Nature منتشر شد. علاوه بر این، از بین هشت نویسنده، پنج نویسنده روسی، بقیه از فرانسه و آلمان هستند. این تیم توسط عضو مسئول آکادمی علوم روسیه الکساندر سوبولف از مؤسسه ژئوشیمی و شیمی تحلیلی به نام آن اداره می شود. Vernadsky RAS. این کشف ممکن است دانشمندان را وادار کند که نظریه‌های مربوط به شکل‌گیری زمین را به شدت مورد بازنگری قرار دهند.

الکساندر سوبولف می‌گوید: دانشمندان مدت‌ها به وجود این آب غیرمعمول مشکوک بودند و چند سال پیش طبیعت به آنها هدیه‌ای واقعا سلطنتی داد. - الماسی با قدمت 100 میلیون سال در برزیل پیدا شد. از عمق زیاد، حدود 400-600 کیلومتر به سطح زمین آورده می شود. دانشمندان ماده معدنی رینگ وودیت را در الماس کشف کرده اند. اما تجزیه و تحلیل بیشتر متخصصان را شگفت زده کرد: معلوم شد که این ماده معدنی حاوی 1.4 درصد آب است. اگر این برای کل ماده معدنی واقع در زیر زمین محاسبه شود، معلوم می شود که ذخایر عظیم آب در اعماق انباشته شده است. Ringwoodite او را مانند یک اسفنج جذب کرد.

همانطور که همیشه در علم اتفاق می افتد، این کشف سؤالات جدیدی را ایجاد کرد. و مهمترین چیز: چگونه اقیانوس های آب می توانند به چنین اعماق بزرگی برسند؟ یک فرضیه آشکار بلافاصله مطرح شد: "از سطح زمین آمد". صفحات لیتوسفر در اقیانوس رانش می شوند، با هم برخورد می کنند و به داخل گوشته می روند و مقداری از آب را با خود می برند (منطقه فرورانش). برای صدها میلیون و شاید میلیاردها سال، در آنجا انباشته شد و به بخشی از مواد معدنی جامد تبدیل شد.

و این نسخه زیبا مورد سوال دانشمندان روسی قرار گرفته است. اما برای انجام این کار، آنها مجبور به کشف جدیدی شدند: تعیین سن آب باستانی. ممکن است مانند یک الماس پیدا شده، 100 میلیون سال قدمت داشته باشد، یا ممکن است چندین میلیارد باشد.

سوبولف می‌گوید از میان نشانگرهای مختلف سنی که امروزه شناخته شده‌اند و زمین از اعماق زیاد به سطح پرتاب می‌شود، سنگ بسیار کمیابی را انتخاب کردیم - کوماتییت. - چرا او؟ علم به یقین می‌داند که می‌توانست زمانی که زمین بسیار داغ بود شکل گرفته باشد و این امر تا 2 میلیارد سال پیش مشاهده شد. سپس دمای سیاره کاهش یافت و کوماتییت ها دیگر تشکیل نشدند.

دانشمندان کانادایی موفق شدند این «نشان» نادر از زمان را پیدا کنند؛ آن همراه با آب، در کپسول‌های کوچک سنگی به اندازه یک موی انسان که از اعماق زیاد به سطح زمین پرتاب شده بود، «مهر» شد. و برای استخراج اطلاعات مفید از آن، یک روش تجزیه و تحلیل منحصر به فرد مورد نیاز بود که توسط دانشمندان روسی ایجاد شد. نتیجه گیری: قدمت آب معدنی و باستانی حدود 2.7 میلیارد سال است.

به گفته دانشمندان، اکنون باید در نسخه تکتونیکی چگونگی قرار گرفتن اقیانوس آب در چنین عمقی تجدید نظر کنیم. چرا؟ امروزه اعتقاد بر این است که حرکت صفحه حدود 3 میلیارد سال پیش آغاز شده است. اما از آنجایی که آب یافت شده 2.7 میلیارد سال قدمت دارد، معلوم شد که این مخزن غول پیکر زیرزمینی در حدود 300 میلیون سال پر شده است. اما این غیر واقعی است، زیرا بسیار آهسته و در "دوزهای کوچک" سقوط می کند. گزینه دیگری باقی می ماند: آب همزمان با تولد و تشکیل سیاره در روده های زمین ظاهر شد. علم باید پاسخ دهد که این نسخه چقدر درست است.