Металеве ядро Землі може протягом мільярдів років поступово віддавати водень у навколишню мантію, змінюючи хімічний склад вулканічної лави. Науковці виявили, що незвичайний дефіцит важкого водню в окремих вулканічних породах неможливо пояснити лише охолодженням первісного океану магми.

Учені досліджують процеси, які можуть відбуватися на глибині тисяч кілометрів під поверхнею Землі. Особливу увагу привернула гіпотеза про те, що металеве ядро планети не є повністю ізольованим від мантії та може поступово передавати їй певні хімічні елементи.

На ранньому етапі існування Землі її ядро оточував величезний океан розплавленої магми. У міру охолодження планети ця речовина поступово кристалізувалася, утворюючи тверді мінерали та формуючи мантію.

Сьогодні частина гарячої речовини з великих глибин підіймається ближче до поверхні у вигляді мантійних потоків. Саме з такими процесами пов’язують вулканічну активність у деяких районах планети, зокрема в Ісландії та канадській Арктиці.

Під час дослідження вулканічних порід геологи звернули увагу на незвичайний ізотопний склад окремих зразків лави. Виявилося, що вони містять значно менше дейтерію, ніж більшість звичайних океанічних базальтів.

Дейтерій є стабільним важким ізотопом водню, атом якого містить додатковий нейтрон. Співвідношення дейтерію та звичайного водню допомагає науковцям визначати походження речовини й відстежувати геохімічні процеси всередині планети.

Саме низький вміст дейтерію в окремих вулканічних породах протягом багатьох років залишався предметом наукових суперечок. Дослідники намагалися встановити, чи сформувалася така особливість ще під час кристалізації первісного океану магми, чи вона пов’язана з надходженням водню з ядра Землі.

Щоб перевірити ці версії, геофізики Китайського університету науки і технологій провели чисельне моделювання процесів, які відбувалися всередині молодої планети. Розрахунки враховували надзвичайно високі температури й тиск, характерні для глибинних шарів Землі.

Науковці дослідили, як поводилися два ізотопи водню — легкий протій і важкий дейтерій — під час поступового затвердіння розплавлених порід. Особливу увагу вони приділили розподілу цих елементів між різними мінеральними фазами.

Результати моделювання показали, що під час охолодження магматичного океану обидва ізотопи розподілялися в мантії відносно рівномірно. Відмінності, які виникали на різних глибинах, виявилися надто незначними, щоб пояснити сучасні аномалії у вулканічній лаві.

Це змусило дослідників уважніше розглянути інше можливе джерело водню — металеве ядро планети. За їхньою гіпотезою, протягом мільярдів років із нього могла поступово надходити речовина з особливо низьким вмістом дейтерію.

Якщо такий процес справді відбувається, він здатний змінювати ізотопний склад окремих ділянок мантії. Згодом ця речовина може потрапляти до вулканічних потоків і проявлятися у вигляді незвичайних геохімічних характеристик лави.

Додаткову увагу науковців привертає гелій-3 — рідкісний ізотоп гелію, який зберігає інформацію про ранні етапи формування Землі. Дослідники розглядають можливість того, що частина первинного гелію-3 могла протягом тривалого часу залишатися в глибинах металевого ядра.

Водночас механізм можливого надходження водню з ядра в мантію поки залишається невідомим. Науковці припускають, що за надзвичайно високого тиску й температури водень може проникати крізь речовину на межі цих шарів.

Інша гіпотеза передбачає перенесення водню внаслідок хімічних реакцій між рідким залізом ядра та силікатними породами мантії. Обидва механізми розглядаються як можливі пояснення незвичайного ізотопного складу вулканічних порід, однак безпосередньо підтвердити їх дослідникам поки не вдалося.

🌟 Читайте «Експерт» у своєму смартфоні — додайте нас в Google Discover