Наша ранняя Земля была похожа на обложку альбома хэви-метал: расплавленный шар, покрытый глобальным океаном лавы, извергающий смертоносные газы и подвергающийся бомбардировкам пылающими космическими камнями, оставшимися после бурного и хаотичного рождения нашей Солнечной системы.
Но наше ядро постоянно посылает химические сигналы вверх через свои слои, включая доставленные из космоса компоненты, из которых оно зародилось, и которые оставались запертыми примерно на треть времени существования Вселенной .
Сюда входит водород, втянутый из гигантского облака газа и пыли, из которого образовалось Солнце , и который продолжает подниматься из ядра и превращаться в воду в мантии и коре – не в плещущуюся воду, а в воду, заключенную в минералах.
В связи с этим группа геоученых из Китайского университета науки и технологий в Хэфэе решила ответить на один из самых популярных в науке, давних (технически, древних) вопросов:
В исследовании, опубликованном в журнале Science Advances , ученые использовали методы моделирования с помощью машинного обучения, основанные на «интегралах по траекториям», для изучения квантового взаимодействия молекул и атомов.
Являются ли химические различия в глубинных мантийных отложениях остатками кристаллизации нашей планеты из магматического шара или свидетельством того, что ядро и мантия обменивались химическими веществами с незапамятных времен?
Важно отметить, что это позволило им проанализировать внутриземной перенос водорода, который является особенно причудливым с точки зрения квантовых процессов атомом из-за своей легкости.
Однако модель кристаллизации показывает, что фракционирование минералов и расплава довольно слабое, поэтому оно привело бы к равномерному распределению D/H в древней мантии.
Они обнаружили, что наиболее важным фактором был исходный изотопный состав водорода в магматическом океане — другие переменные, включая исходное содержание воды (оцениваемое в пределах двух океанических масс), оказывали незначительное влияние на результат. Причина буквально в хаосе, потому что условия были слишком экстремальными, чтобы дейтерий и водород могли аккуратно распределиться по слоям Земли.
Островные базальты океана (ОИБ) свидетельствуют о вытекании земного ядра, поскольку они образуются в результате восходящих потоков вблизи границы между ядром и мантией.
Они также, по-видимому, переносят легкий водород, накопившийся в солнечной туманности, которая создала нашу Солнечную систему, — геохимическую капсулу времени, существовавшую еще до того, как все, что нам известно, существовало.
Соотношение изотопов гелия дает еще одну подсказку: гелий-3 — это более легкий, первичный изотоп из солнечной туманности, большая часть которого образовалась в результате Большого взрыва , тогда как более тяжелый гелий-4 образуется в результате радиоактивного распада в верхних слоях Земли.
В результате, более высокое соотношение гелия-3 к гелию-4 в океанических базальтах является дополнительным доказательством того, что они также покидают ядро Земли .
Вольфрам представляет собой еще один важный элемент головоломки , поскольку этот тяжелый металл изначально был изолирован в ядре Земли, когда слой земной коры распался на подобие цветущей луковицы во время кристаллизации. Но теперь древний, изгнанный изотоп вольфрама перемещается вместе с поднимающимися потоками, отслеживая движение материалов ядра, которые извергаются вверх через недра Земли.
«Эти результаты позволяют предположить, что даже если когда-то существовали первобытные резервуары в глубинах мантии, изотопные характеристики водорода в современной глубокой нижней мантии вряд ли представляют собой простые реликты ранней дифференциации», — заключают исследователи.
Вместо этого, как заключают исследователи, они «отражают динамические изменения, происходящие в результате непрерывного обмена между ядром и мантией Земли на протяжении всей ее эволюции» .
Результаты исследования опубликованы в журнале Science Advances .