Когда Земля была юной, она буквально «выдыхала» свою первичную атмосферу. В те годы исключительно интенсивной активности расплавленная лава выносила из недр планеты на поверхность легкие элементы, а жерла вулканов выбрасывали их в небо. Но некоторые легкие элементы так и остались запертыми глубоко под поверхностью Земли. Она будто сберегает их для своего будущего последнего выдоха.
Последний выдох планеты: Скрытые силы Земли

Речь о действительно легких элементах — в частности, о гелии и аргоне, внушительные запасы которых до сих пор скрыты глубоко в недрах Земли. На фоне широко известной (и подтвержденной многочисленными наблюдениями) тенденции таких легковесов быстро и массово выбрасываться в ходе вулканической деятельности это озадачивает ученых. Почему одни газы выбрасываются, а другие сохраняются внутри? Наиболее распространено мнение о том, что глубинные слои земной мантии надежно изолированы от поверхности и, таким образом, сохраняют свой древний состав.

В новом исследовании ученые развили эту идею совершенно на новый лад. Они показали, что определенные геофизические условия, существовавшие на планете около 3,5 млрд лет назад, когда недра Земли были куда горячее, привели к образованию такой «плотной ловушки» на глубине около 400 км. Под нею точное сочетание температуры и давления привело к тому, что жидкая фаза, в которой здесь находятся эти легкие элементы, оказывается тяжелее окружающей твердой породы, и отнюдь не стремится наружу.

В современных условиях подобное невозможно. Жидкость в мантии не тяжелее твердых тел и, соответственно, имеет тенденцию подниматься к поверхности, выбрасывает газ и подхватывается вулканами. Но при иных условиях, когда было куда жарче, жидкости эти, наоборот, опускались к самому дну мантии, где и остались запертыми.

«Если что-то плавится, образует газы, мы, естественно, ожидаем, что газы эти будут вырываться наружу, — поясняет один из авторов работы Цин-Тай Ли (Cin-Ty Lee). — Соответственно, до сих пор предполагалось, что они удерживаются в некоем неплавящемся резервуаре. Однако в последние годы с этой гипотезой наметились проблемы, потому что появились свидетельства тому, что по крайней мере в один период мантия вся была расплавленной. Соответственно, должен быть иной механизм, при котором даже в этих условиях газ не мог бы покинуть расплавленную среду».

Читайте также о том, как извержение одного вулкана повлияло на всю человеческую историю: «Убийца цивилизаций».

По пресс-релизу Rice University