Фраза "вода — це життя" є правдивою, адже вода робить можливим існування всіх відомих форм життя на Землі.

Вона також є ключовим компонентом, що змащує надзвичайно повільний рух мантії Землі, зволожуючи ці шарі породи, щоб вони могли ковзати один повз одного.

Це важливо для тектонічного циклу, який, в свою чергу, допомагає регулювати клімат протягом геологічного часу. Ця вода також дозволяє важливу переробку порід і летючих сполук через мантію.

"Рідка вода є ключовим компонентом життєздатності Землі", — пише геолог Альфред Вілсон з Університету Лідса у Великій Британії в коментарі до нового дослідження про води в надрах Землі.

Як ця вода потрапила в мантію?

Одна з моделей припускає, що астероїди принесли воду на Землю, і вона залишалася зволоженою під час формування планети. Або, можливо, вода з'явилася пізніше, зволожуючи раніше суху мантію.

Дослідження показує, що вода, ймовірно, знаходиться поблизу межі між мантією та її рідким зовнішнім ядром, де сейсмічні дослідження виявили таємничі "зони ультранизької швидкості".

Нижня мантія простягається на глибину від приблизно 660 до 2 900 кілометрів (373–1 802 милі) під поверхнею. Її найбільш поширені мінерали, включаючи бриджманіт і феропериклаз, вважаються в основному сухими.

Інші мінерали можуть утримувати воду на глибині, але багато з них потребують незвичайних складів для стабільності або розпадаються при високих температурах, що спостерігаються в найглибшій мантії.

Тому дослідники шукали іншу можливість.

Вони використовували лазерно-нагріті алмазні прес-апарати — пристрої, які стискають маленькі зразки між двома алмазними наконечниками, відстань між якими всього в товщину паперу, в той час як лазери нагрівають їх.

У цих умовах вчені виявили два раніше невідомі залізні оксигідроксиди (Fe5O12Hx і Fe7O12Hx), які можуть утримувати величезні обсяги води.

Експерименти показують, що ці фази можуть існувати за умов глибокої мантії, але не доводять, що вони присутні всередині Землі.

"Визначення цих залізних оксигідроксидів важливе, оскільки вони, здається, є стабільними, щільними фазами, які захоплюють і утримують воду в широкому діапазоні умов нижньої мантії", — пише Вілсон у своєму коментарі.

Ці мінерали утворювалися навіть коли води було мало. У деяких експериментах початковий матеріал містив менше 0,1 відсотка води, але навіть ці сліди водню були достатніми для стабілізації нових фаз.

Це важливо, оскільки глибокий внутрішній шар Землі не є якимось величезним підземним океаном. Будь-яка вода, що зберігається там, повинна бути включена в мінерали, часто за умов, коли вільна вода практично відсутня.

Ці нові мінерали, здається, особливо добре підходять для цієї задачі.

Вони стабільні за екстремальних умов нижньої мантії і значно щільніші за навколишні мантійні породи.

Це означає, що коли первісний розплавлений "базальний магматичний океан" охолоджувався і кристалізувався на ранніх етапах історії Землі, ці водоутримуючі мінерали могли утворитися і потім зануритися до межі ядра і мантії.

Ця прихована вода може не залишатися прихованою, оскільки, коли водоутримуючий матеріал підтягується вгору мантійною циркуляцією, зменшення тиску може дестабілізувати мінерали, вивільняючи їх воду в інші мантійні фази.

Зрештою, частина цієї води може, і, напевно, повертається до поверхні через мантійні стовпи і вулканізм.

Відкриття також проливає світло на попередню загадку. Мінерал, відомий як "H-фаза", спостережуваний у попередніх експериментах під високим тиском, здається, відповідає одному з нововиявлених оксигідроксидів.

Дослідники припускають, що забруднення воднем від слідів вологи — а не абсолютно новий сухий мінерал — могло допомогти утворити цю загадкову фазу в попередніх експериментах.

"Очевидно, навіть дуже маленькі кількості водню достатні для стабілізації цих високо зволожених залізних сполук", — говорить мінералог і кристалограф Леонід Дубравінський з Університету Байройта.

Все ще залишаються великі нез'ясовані питання, і картина є "неповною", згідно з Вілсоном.

Точно скільки води містять ці мінерали, потрібно визначити, і що відбувається, коли вони досягають межі ядра і мантії, залишається невизначеним. Також неясно, як легко і протягом яких періодів часу вода, що зберігається в цих глибоких мінералах, може врешті-решт повернутися на поверхню.

Проте, відкриття свідчить про те, що водний цикл Землі може простягатися аж до краю ядра, і, за словами Вілсона, ці нововиявлені мінерали "представляють прорив у загадці того, як Земля отримала і зберегла свою воду".

Дослідження опубліковане в Nature Geoscience.