Ученые нашли океан на глубине 1000 километров под землей
Ученые нашли океан на глубине 1000 километров под землей — ТРК Звезда Новости, 28.11.2016В стране и миреВ ИноСМИ 03:19 28.11.2016 Международная группа ученых нашла прямое доказательство того, что в верхнем слое нижней мантии на рекордной глубине – около тысячи километров от поверхности Земли – находятся водосодержащие жидкости. Исследование геофизиков размещено в журнале Lithos, выдержки из материала приводит New Scientist. Читайте нас на: Международная группа ученых нашла прямое доказательство того, что в верхнем слое нижней мантии на рекордной глубине – около тысячи километров от поверхности Земли – находятся водосодержащие жидкости. Исследование геофизиков размещено в журнале Lithos, выдержки из материала приводит New Scientist. Доказать, что под поверхностью Земли существует океан, помог алмаз. В минерале были найдены гидроксильные ионы, попавшие в алмаз при его формировании вместе с водой. После химического анализа ученые нашли минерал феррипериклаз (магнезиовюстит), из которого состоит примерно пятая часть минеральной фазы нижней, то есть находящейся на глубине 660–2900 километров, мантии Земли. Благодаря анализу феррипериклаза ученые выяснили, что алмаз возник на глубине около тысячи километров. Авторы исследования подчеркивают, что смогли получить первые прямые доказательства наличия воды на такой глубине.
Экспертное мнение и аналитика | Картина дня 05:20 Армия Лечебный «спецназ»: как военные врачи оказывают помощь пострадавшим мирным жителям в зоне СВО 02:06 В стране и мире G7 вслед за Евросоюзом согласовала введение потолка цен на нефть из РФ 05:00 Армия «Письма солдату на фронт»: школьники обратились к бойцам в зоне спецоперации 00:27 В стране и мире Клубы густого дыма: кадры с места пожара на Микояновском комбинате в Москве 23:59 Спорт Сборная Сербии проиграла Швейцарии и покинула ЧМ-2022 Популярное Участнику беседы с Путиным пришлось эвакуироваться в прямом эфире «Не зря пацаны гибли»: боец батальона «Сомали» поблагодарил Путина за возвращение Донбасса в Россию Обстрел во время интервью с бойцом ВС РФ в Новой Каховке попал на видео Шойгу: за время частичной мобилизации обучено более 300 тысяч резервистов и добровольцев Путин: все мои отношения с Японией через дзюдо идут Шойгу заявил, что ВС РФ тестируют новые способы применения ракетных войск и артиллерии в ходе СВО |
Читать далее
читайте ниже следующую новость
/news/next/?referer=/news/201611280325-x0cy.
htm&date=2016-11-28 03:19:00
Предлагаем посмотреть эту страницу на версии сайта для мобильных устройств.
https://mcdn.tvzvezda.ru/storage/old-images/news/vstrane_i_mire/content/201611280325-x0cy.htm/1.jpg
None
Под землей скрывается огромный «океан» бактерий и архей. По оценкам ученых, общая масса жизни в недрах Земли в 300 раз больше, чем масса всех людей на планете — Наука
Ученые обобщили данные почти 200 исследований о пробах с глубины 2,5 км в океанах и 5 км на материках и примерно оценили количество подземной биомассы. По их прикидкам вышло, что организмы, которые живут на глубине, весят от 15 до 23 миллиардов тонн в совокупности, что в среднем в 300 раз больше, чем весят все люди на планете, или столько же, сколько 120 миллионов голубых китов (популяция голубых китов на Земле сейчас составляет около 10 тысяч особей). Это, ни много ни мало, примерно ⅓ от всей биомассы нашей планеты. Количество живых клеток всей этой живой горы — от 2 до 6×1029, а населяют они пространство объемом от 2 до 2,3 миллиарда км3 — это вдвое больше объема Мирового океана.
Подавляющая часть всей этой астрономической массы приходится на прокариоты — одноклеточные организмы, у которых нет ядра. В основном на глубине живут бактерии и археи, присутствуют и вирусы. Видовое разнообразие подземных микробов, как считают ученые, при этом не уступает тому, что есть среди их собратьев, живущих на поверхности, а то и превосходит его. Образцы, взятые в разных точках Земли, показали, что повсеместно под поверхностью планеты живут в основном одни и те же группы, причем некоторые из них встречаются в самых неожиданных местах.
Так, исследование 2015 года в рамках все той же коллаборации показало, что бактерии, найденные на глубине 2,5 км подо дном северо-западной части Тихого океана, больше похожи на микробиоту, которая живет в заурядных лесных почвах, а не на тех бактерий, что живут на дне все того же Тихого океана. При этом надо отметить, что и живут они в основном в слоях, богатых лигнитом, то есть окаменевшими остатками деревьев.
Условия для жизни на огромной глубине экстремальные — температура доходит до 70 ℃, а источники энергии очень скудны. Анализ биохимии в образцах показал наличие ферментов, которые используются микробами, вырабатывающими метан в безвоздушной среде. Точно сказать, чем питаются обитатели недр, пока нельзя, но скорее всего это какая-то смесь из серосодержащих пород и остатков мертвых микробов.
Подытоживают свой отчет ученые вопросами, у которых пока нет ответа — как жизнь перемещается в недрах Земли и как она туда вообще попала? А может, она там и зародилась? Чем же все-таки питаются микроорганизмы, которые живут на глубине в несколько километров при температурах около точки кипения воды? Как на жизнь на поверхности Земли влияют организмы, обитающие глубоко в ее коре?
Ответы на них особенно важны в свете поиска жизни на других планетах, например на Марсе. Его поверхность вряд ли может быть обитаема из-за высокой концентрации перхлоратов, но, возможно, есть шансы найти что-то живое на большей глубине?
Максим Абдулаев
Поиски подземных океанов Земли
Первоначально это появилось в июльско-августовском номере журнала Discover под названием Oceans Under Oceans.
Поддержите нашу научную журналистику, оформив подписку.
Стивен Якобсен никогда не планировал становиться геофизиком. На самом деле, это, возможно, было самой далекой вещью, о которой он думал, когда он поступил в колледж Университета Колорадо в начале 1990-х годов, намереваясь специализироваться на музыке или бизнесе. Но после того, как он случайно выбрал курс геологии, чтобы соответствовать требованиям школы, он решил пойти по другому пути.
«После всех тех дней, когда я в детстве играл на улице и собирал камни, — говорит Якобсен, — я понял, что это то, чем я хочу заниматься».
Теперь он изучает не только камни, но и скрытую в них воду. Чем больше он и другие исследователи смотрят, тем больше воды они находят во всех недрах Земли, даже если она не похожа на знакомую нам жидкость. При экстремальных температурах и давлениях глубоко под землей вода распадается на составные элементы, водород и кислород, которые химически связаны с кристаллической структурой породы.
Но для геофизиков это все равно вода, какую бы форму она ни принимала.
Напрашивается вопрос: сколько этой воды скрыто под поверхностью? Ответ может помочь объяснить пригодность нашей планеты для жизни и рассказать нам, как вся эта вода попала сюда в первую очередь.
Глядя под скалы
В начале карьеры Якобсена его научным руководителем был Джозеф Смит, геолог, который продемонстрировал, что минерал под названием вадслеит теоретически может удерживать значительное количество воды. Вадслеит и его родственник рингвудит являются двумя основными компонентами переходной зоны между верхней и нижней мантией Земли — примерно от 250 до 410 миль под поверхностью. Когда он приступил к собственным исследованиям в середине 19В 90-е годы Якобсен хотел знать: сколько воды на самом деле может храниться в этих обильных минералах?
Поскольку вадслеит и рингвудит обычно не встречаются на поверхности, Якобсен провел почти 15 лет, синтезируя их в своей лаборатории, моделируя условия высокой температуры и высокого давления, наблюдаемые на глубине сотен миль.
Он изучил эти выращенные в лаборатории минералы, чтобы определить, насколько быстро сейсмические волны могут проходить через образцы, содержащие различное количество воды, — информацию, которую он позже использовал для оценки содержания воды в подземных породах.
Геофизики обнаруживают все больше и больше воды глубоко под поверхностью Земли, особенно в переходной зоне, которая полна водоносных минералов. (Источник: Джей Смит)
Он подтвердил, что минералы действительно могут содержать значительное количество элементов воды, включенных в структуру горных пород, «как вода или молоко, запеченные в пироге». Но поскольку его оценки были намного выше, чем большинство экспертов считали правдоподобными, он не решался публиковать свои результаты, пока не убедился в них.
Все изменилось в 2014 году, когда Грэм Пирсон из Университета Альберты сообщил о своем исследовании крошечного алмаза, добытого в Бразилии. Образовавшийся в переходной зоне алмаз содержал еще более крошечный кусочек рингвудита, застрявший внутри.
А в том рингвудите? Около 1 процента воды по весу.
Это может показаться не таким уж большим, но, учитывая повсеместное распространение минерала в переходной зоне, Якобсен знал: в сумме он может содержать много воды.
Тем временем эксперименты Якобсена показали, что присутствие воды в рингвудите понизит температуру плавления породы в основании переходной зоны. Это означает, что водоносная порода с большей вероятностью будет содержать жидкие пятна — не потому, что она влажная, а потому, что ее части расплавлены. Примерно в то же время Якобсен, занимавший к тому времени свою нынешнюю должность в Северо-Западном университете, объединился с геофизиком из Университета Нью-Мексико Брэндоном Шмандтом. Шмандт исследовал мантию с помощью USArray, включающего в себя сеть из 400 портативных сейсмографов. «Если в мантии так много воды, — сказал Якобсен Шмандту, — должны быть расплавы» — кусочки магмы, смешанные с твердой породой.
Объединив свои данные, исследователи выявили обширные участки расплавленного материала в переходной зоне и чуть ниже нее — результаты, которые были опубликованы через три месяца после открытия Пирсоном алмаза.
К тому времени становилось все более очевидным, заключил Якобсен, что «переходная зона полна воды».
Сколько воды? По его словам, если образец рингвудита является репрезентативным, это будет означать, что воды примерно в два раза больше, чем во всех поверхностных океанах Земли. Только одна из этих «океанических масс» составляет примерно 1,5 миллиарда миллиардов тонн (или более 350 миллиардов миллиардов галлонов).
И дело далеко не закрыто: следы дополнительной воды были обнаружены как выше, так и ниже переходной зоны. В 2016 году Якобсен, на этот раз работая вместе с Пирсоном, добыл еще один алмаз из недр Бразилии. Этот камень образовался на глубине более 600 миль в нижней части мантии, а затем вылетел на поверхность в результате извержения вулкана около 90 миллионов лет назад.
Вместо рингвудита в этом алмазе был дефект, состоящий из ферропериклазов — одного из основных компонентов нижней мантии. Ферропериклаз содержал всего доли процента воды по весу. Но, учитывая размер нижней мантии, составляющей половину общей массы планеты, Якобсен считает, что она могла бы содержать, возможно, еще одну океаническую массу воды, распределенную среди пород этого слоя.
Под водой
Вся эта вода под поверхностью Земли не просто стоит на месте: она вращается, увлекаясь движением тектонических плит. Большое объявление было сделано в 2018 году Дугом Винсом и его коллегами из Вашингтонского университета в Сент-Луисе, которые наблюдали за Марианской впадиной — впадиной, включающей самую низкую точку океана, глубиной около 36 000 футов. Там Тихоокеанская плита погружается глубоко под соседнюю плиту Филиппинского моря в результате процесса, называемого субдукцией, перенося с собой огромное количество поглощенной воды в верхнюю мантию.
Команда Винса использовала сеть из 20 донных сейсмографов для измерения содержания воды в нижележащих мантийных породах и обнаружила, что количество воды, отложившейся на глубине от 60 до 100 миль ниже морского дна, более чем в четыре раза превышает предыдущие оценки. По словам Якобсена, распространение их результатов на все зоны субдукции в мире предполагает, что вход морской воды в мантию представляет собой что-то вроде одной океанской массы воды.
«У нас есть одна океаническая масса в океанах, другая в верхней мантии», — объясняет Якобсен. — Допустим, в переходной зоне есть еще двое. По его оценкам, в земной коре и нижней мантии вместе взятых может находиться примерно еще одна океаническая масса, что «всего составляет пять океанических масс». И этот подсчет даже не учитывает ядро нашей планеты, которое может содержать дополнительные водные компоненты, хотя доступ к этой внутренней области с помощью современных технологий затруднен.
«В этом должны разобраться будущие поколения», — говорит Якобсен. «Но теперь, когда мы увидели черную дыру, все возможно».
Вода — для чего она нужна?
Определение количества скрытых океанов — это больше, чем просто игра с числами. «Вода так же важна для работы недр Земли, как и для процессов на поверхности Земли», — отмечает геофизик Колумбийского университета Донна Шиллингтон в статье 2018 года.
«Он делает горные породы менее жесткими и более текучими, что делает возможной тектонику плит», — объясняет геофизик из Университета штата Огайо Венди Панеро.
Тектоника плит, в свою очередь, является ключевой частью того, что делает эту планету пригодной для жизни; это похоже на гигантскую конвейерную ленту, которая способствует устойчивому круговороту тепла, воды и химикатов. Более того, говорит Панеро, «он в значительной степени отвечает за сохранение стабильности климата Земли на протяжении миллионов лет».
В начале своей карьеры Якобсен не интересовался, откуда берется вода на Земле — этот вопрос, по его словам, «обсуждается во всех основных религиозных текстах, включая Коран и Ветхий Завет». Но по мере того, как количество подземных вод росло, он начал более внимательно изучать скорость, с которой вода может переноситься на большие глубины посредством тектоники плит и субдукции. Его расчеты показывают, что на перемещение воды из океанов в мантию могут уйти миллиарды лет, примерно столько же, сколько возраст нашей планеты.
По этой причине Якобсен подвергает сомнению вывод, к которому пришли многие астрономы, а именно, что большая часть земной воды была доставлена на поверхность астероидами и кометами.
Вместо этого он считает, что значительное количество воды должно было быть здесь с момента образования планеты и что большая часть воды в наших нынешних океанах была «выжата» из скал ниже.
«Что интересно во всей этой истории, так это то, что мы привыкли смотреть в космос, когда размышляли о происхождении воды на Земле», — говорит Якобсен. «Но когда мы смотрим глубоко внутрь планеты, на тысячу или более километров вниз, мы находим изнутри подсказки об источниках этой драгоценной жидкости».
Стив Надис, пишущий редактор Discover, играет в гандбол и волейбол в Кембридже, штат Массачусетс, где он живет со своей женой, двумя дочерьми и непослушной собакой.
Подземный океан? Ученые обнаружили воду глубоко внутри Земли
Ученые обнаружили следы воды на глубине сотен километров.
Международная исследовательская группа под руководством профессора Университета Гёте анализирует алмазные включения.
Пограничный слой между верхней и нижней мантией Земли известен как переходная зона (ПЗ).
Он расположен на глубине от 410 до 660 километров (от 255 до 410 миль) под поверхностью. Оливково-зеленый минерал оливин, широко известный как перидот, который составляет около 70% верхней мантии Земли, меняет свою кристаллическую структуру при экстремальном давлении до 23 000 бар в ПЗ. На глубине около 410 км (255 миль), у верхнего края переходной зоны, он переходит в более плотный вадслеит, а на глубине 520 км (323 мили) — в еще более плотный рингвудит.
«Эти преобразования минералов сильно препятствуют движению горных пород в мантии», — объясняет профессор Франк Бренкер из Института наук о Земле Университета Гёте во Франкфурте. Например, мантийные плюмы — поднимающиеся из недр мантии столбы горячих пород — иногда останавливаются прямо под переходной зоной. Движение массы в обратном направлении также останавливается. Бренкер говорит: «Погружающиеся плиты часто с трудом пробивают всю переходную зону. Так что в этой зоне под Европой целое кладбище таких плит».
Алмаз из Ботсваны показал ученым, что значительное количество воды хранится в горной породе на глубине более 600 километров.
Предоставлено: Tingting Gu, Геммологический институт Америки, Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, США
Однако до сих пор не было известно, каковы долгосрочные последствия «всасывания» материала в переходную зону для его геохимического состава и могут ли большие количества там существовала вода. Бренкер объясняет: «Погружающиеся плиты также несут глубоководные отложения в недра Земли. Эти отложения могут содержать большое количество воды и CO2. Но до сих пор было неясно, сколько именно попадает в переходную зону в виде более стабильных, содержащих воду минералов и карбонатов, а потому было также неясно, действительно ли там хранится большое количество воды».
Нынешние обстоятельства несомненно благоприятствуют этому. Толстые минералы вадслеит и рингвудит могут удерживать значительное количество воды (в отличие от оливина на более низких глубинах), настолько, что переходная зона гипотетически может поглощать в шесть раз больше воды, чем есть в наших океанах. «Итак, мы знали, что пограничный слой обладает огромной емкостью для хранения воды», — говорит Бренкер.
Ответ был дан международным исследованием. Исследовательская группа проанализировала алмаз из Ботсваны, Африка. Он зародился на глубине 660 километров, непосредственно на границе переходной зоны и нижней мантии, где преобладающим минералом является рингвудит. Алмазы из этого места очень редки, даже среди крайне редких алмазов сверхглубинного происхождения, на долю которых приходится всего 1% всех алмазов. Исследования показали, что камень имеет высокое содержание воды из-за наличия множества включений рингвудита. Группа исследователей также смогла установить химический состав камня.
Он был почти таким же, как практически каждый фрагмент мантийной породы, найденный в базальтах в любой точке мира. Это показало, что алмаз определенно произошел из обычного куска земной мантии. «В этом исследовании мы продемонстрировали, что переходная зона не является сухой губкой, а содержит значительное количество воды», — говорит Бренкер, добавляя: «Это также приближает нас на один шаг к идее Жюля Верна об океане внутри Земли.
Водный рингвудит был впервые обнаружен в алмазе из переходной зоны еще в 2014 году. Бренкер также принимал участие в этом исследовании. Однако определить точный химический состав камня не удалось, поскольку он был слишком мал. Поэтому оставалось неясным, насколько репрезентативным было первое исследование мантии в целом, поскольку содержание воды в этом алмазе также могло быть результатом экзотической химической среды. Напротив, включения в алмазе диаметром 1,5 сантиметра (0,6 дюйма) из Ботсваны, который исследовательская группа исследовала в настоящем исследовании, были достаточно большими, чтобы можно было определить точный химический состав, и это стало окончательным подтверждением предварительных результатов. с 2014.
Высокое содержание воды в переходной зоне имеет далеко идущие последствия для динамической ситуации внутри Земли. К чему это приводит, видно, например, по идущим снизу раскаленным мантийным плюмам, которые застревают в переходной зоне.
Там они нагревают богатую водой переходную зону, что, в свою очередь, приводит к образованию новых мантийных плюмов меньшего размера, которые поглощают воду, хранящуюся в переходной зоне.
Если эти более мелкие, богатые водой мантийные плюмы теперь мигрируют дальше вверх и прорывают границу верхней мантии, происходит следующее: вода, содержащаяся в мантийных плюмах, высвобождается, что снижает температуру плавления появляющегося материала. Поэтому он тает сразу, а не перед тем, как достигнет поверхности, как это обычно бывает. В результате массивы горных пород в этой части мантии Земли в целом уже не такие прочные, что придает движениям масс большую динамичность. Переходная зона, которая в противном случае выступала бы барьером для динамики там, внезапно становится движущей силой глобального круговорота веществ.
Ссылка: «Водные перидотитовые фрагменты разрыва мантии Земли на расстоянии 660 км, отобранные алмазом», Тингтинг Гу, Марта Г. Памато, Давиде Новелла, Маттео Альваро, Джон Фурнелл, Фрэнк Э.