Глобальный океан древней Земли появился благодаря высокотемпературной мантии
В раннем архее, от 4,0 до 3,2 миллиарда лет назад, поверхность Земли, по-видимому, была практически полностью покрыта глобальным океаном. К такому выводу пришли ученые на основе расчета зависимости между температурой мантии и темпами ее дегидратации, служившей главным источником образования Мирового океана. Более горячая, чем сегодня, мантия раннеархейской Земли активно теряла связанную в породах воду, в результате чего баланс водного обмена между недрами и поверхностью планеты был сдвинут в пользу увеличения объемов океана, сообщает статья в журнале AGU Advances.
Вода вошла в состав вещества примитивной Земли еще на стадии аккреции и, по-видимому, сразу начала поступать на поверхность в ходе дегазации, сопровождавшей гравитационную дифференциацию недр. Благодаря этому процессу на планете сформировались первичная атмосфера и океан. После того как начал действовать механизм тектоники плит, вода через зоны субдукции стала попадать обратно в мантию, и за счет регидратации мантийных пород объем океана уменьшился.
Оценка величины эвстатических (глобальных и медленных) колебаний уровня океана показала, что по крайней мере на протяжении фанерозойского эона (от 543 миллионов лет назад до настоящего времени) количество воды на поверхности Земли оставалось приблизительно постоянным. Однако в более ранние эпохи оно могло существенно отличаться от современного. Косвенно на это указывают исследования изотопного состава серпентинизированных, то есть подвергшихся гидратации, пород океанического дна раннеархейского (3,8 миллиарда лет) возраста. Древний океан был обеднен дейтерием на 25 ± 5 промилле по отношению к современному, и для того чтобы фракционирование изотопов водорода в процессах континентального роста и субдукции привело к нынешнему содержанию тяжелой воды, океан ранней Земли должен был быть примерно на 26 процентов больше по объему.
При этом, как показало одно из недавних исследований, вода, попадающая в мантию при субдукции, концентрируется главным образом на глубинах от 410 до 660 километров — в переходном слое, состоящем в основном из вадслеита и рингвудита — высокобарических модификаций оливина (Mg,Fe)2SiO4. На границе нижнего слоя при давлении около 24 гигапаскалей рингвудит переходит в бриджманит (Mg,Fe)SiO3, способность которого к аккумуляции воды гораздо ниже.