Моделирование показало, что раннее ядро Земли могло отдавать водород мантии

Геохимики из Университета науки и технологий Китая получили новые данные в пользу того, что ядро Земли не полностью изолировано от мантии. По результатам моделирования, часть водорода, гелия и вольфрама может подниматься из глубоких слоев планеты и изменять химический состав мантии.

Исследователи использовали расчеты первых принципов и молекулярную динамику, ускоренную методами машинного обучения. Модель описывала поведение атомов водорода при экстремальных давлениях и температурах на границе ядра и мантии.

Авторы сравнили соотношение обычного водорода и его тяжелого изотопа — дейтерия. Расчеты показали, что кристаллизация первичного магматического океана сама по себе не могла создать заметные различия этого соотношения в глубинной мантии. Более вероятным объяснением снижения доли дейтерия ученые считают поступление легкого водорода из ядра.

Дополнительным аргументом стали данные о базальтах океанических островов, которые поднимаются из области вблизи границы ядра и мантии. В образцах из Исландии и канадского острова Баффинова Земля зафиксированы повышенные отношения изотопа гелия-3 к гелию-4, а также аномалии изотопов вольфрама. Оба признака согласуются с гипотезой о переносе вещества из ядра восходящими мантийными плюмами.

По оценке авторов, водород, попавший в ядро еще на этапе формирования Земли из протопланетного облака, может постепенно просачиваться вверх. В мантии и коре он входит в состав минералов в связанной форме, а не существует как обычная жидкая вода.

Исследователи заключают, что современные изотопные характеристики нижней мантии вряд ли являются неизменными остатками ранней дифференциации планеты. Скорее, они отражают длительный обмен веществом между ядром и мантией на протяжении истории Земли.

Работа опубликована в журнале Science Advances. Выводы не означают, что ядро быстро теряет массу: речь идет о геохимических следах очень медленных процессов, происходящих на глубинах в тысячи километров.

Источник: ScienceAlert