Яркий свет ослепил меня. Глаза, привыкшие к темноте, невольно
закрылись! Когда я снова смог их открыть, я был скорее озадачен, чем поражен.
– Море! – вскричал я.
– Да, – ответил дядюшка, – море Лиденброка, и я надеюсь, что ни один
мореплаватель не будет оспаривать у меня честь этого открытия и
мое право назвать его моим именем.
Жюль Верн «Путешествие к центру Земли»
Мог ли представить фантазер и любитель захватывающих историй Жюль Верн, что эта сцена из романа «Путешествие к центру Земли» когда-нибудь станет реальностью? Нужно отдать должное классику приключенческого жанра – он внимательно следил за успехами науки и тщательно продумывал свои сюжеты с учетом поступающих сведений. И вот спустя полтора века со дня опубликования романа геологи начали говорить, что описание бескрайнего моря в недрах планеты на глубине нескольких сотен километров не является плодом воображения писателя. Его существование – доказанный факт.
Из недр Земли
К такому открытию ученые пришли почти случайно. Началось все с того, что в 2008 году в Бразилии был найден маленький невзрачный коричневый алмаз. Надо сказать, что даже в век промышленной добычи не прекращается тривиальный поиск драгоценных кристаллов в окрестностях кимберлитовых кратеров. Ведь при взламывании земной коры восходящей магмой они частично рассеиваются по окрестностям вместе с другими осколками породы. Безусловно, коммерческой добыче интересны далеко не всякие алмазы. Банальный процесс калибровки разделяет найденные кристаллы на несколько сортов. Крупные, особо ценные образцы идут дальше в обработку. А мелкие, дефектные и непривлекательные в экономическом плане экземпляры попадают в различные лаборатории. Так случилось и в этот раз – из-за своих небольших размеров и многочисленных дефектов алмаз был продан группе ученых.
Вообще говоря, поиск алмазов на поверхности земли – довольно древнее занятие. Кимберлитовые трубки – месторождения этих кристаллов, из которых их добывают в промышленных масштабах – были открыты только к концу XIX века. А до начала геологических разработок старатели прочесывали местность в поисках так называемых россыпных месторождений. Алмаз – минерал редкий и ценный, но распространенный на всех континентах, кроме, разве что, Антарктиды. И то, возможно, лишь потому, что залежи там пока еще не разведаны. Как алмазы попадают на поверхность? По так называемым кимберлитовым трубкам. Они представляют собой конические углубление, широкие у поверхности земли и сужающиеся вглубь. Такие образования появляются при вулканических извержениях в результате разрыва земной коры. Эти геологические каналы могут достигать 1000 м в диаметре и уходить в глубину на многие километры. Трубки заполнены кимберлитом – затвердевшим сплавом магмы и глубинных минералов. Именно в этой застывшей массе и содержатся в виде вкраплений драгоценные алмазы. Раскаленный поток кимберлита выносит их на поверхность естественным путем. Самые большие кимберлитовые трубки находятся в России – это месторождения «Удачная» и «Мир».
И буквально пару месяцев назад геохимики из канадского Университета Альберты в Эдмонтоне обнародовали результаты изучения образца. Оказывается, в самом сердце крохотного алмаза есть вкрапление другого минерала, который раньше на земле не находили. Его название – рингвудит.
Это вещество было открыто в 1969 году. Его обнаружили в осколках австралийского метеорита Тенхам. В составе небесного камня были найдены интересные образцы минералов, для образования которых необходимо огромное давление. Такие, к примеру, как породообразующий силикат оливин. Правда, как раз этой находкой землян особо не удивишь – оливин известен с глубокой древности как минимум в виде хризалитовых украшений. А вот другой минерал, весьма схожий с ним, привлек внимание исследователей.
Как оказалось, рингвудит – полиморф оливина. Это значит, что при определенных обстоятельствах оливин, не меняя своей химической природы, перестраивает собственную кристаллическую форму. Рингвудит, как и оливин, является распространенным породообразующим минералом. Но самое интригующее в открытом силикате – его потрясающая способность к удержанию воды. То есть внутри твердого минерала находятся вкрапления – молекулы H2O. Конечно же, не в том жидком виде, к которому мы привыкли, а как гидроксид-ион. Тем не менее, открытие это весьма значимое. Образец рингвудита обнаружился в осколке метеорита, а позже был выведен лабораторно. Однако на Земле его до недавнего времени не находили. Его название – рингвудит.
Это вещество было открыто в 1969 году. Его обнаружили в осколках австралийского метеорита Тенхам. В составе небесного камня были найдены интересные образцы минералов, для образования которых необходимо огромное давление. Такие, к примеру, как породообразующий силикат оливин. Правда, как раз этой находкой землян особо не удивишь – оливин известен с глубокой древности как минимум в виде хризалитовых украшений. А вот другой минерал, весьма схожий с ним, привлек внимание исследователей.
Как оказалось, рингвудит – полиморф оливина. Это значит, что при определенных обстоятельствах оливин, не меняя своей химической природы, перестраивает собственную кристаллическую форму. Рингвудит, как и оливин, является распространенным породообразующим минералом. Но самое интригующее в открытом силикате – его потрясающая способность к удержанию воды. То есть внутри твердого минерала находятся вкрапления – молекулы H2O. Конечно же, не в том жидком виде, к которому мы привыкли, а как гидроксид-ион. Тем не менее, открытие это весьма значимое. Образец рингвудита обнаружился в осколке метеорита, а позже был выведен лабораторно. Однако на Земле его до недавнего времени не находили.
Капля в море
Нет такого соединения, которое могло бы сравниться с
водой по влиянию на ход основных, самых грандиозных
геологических процессов. Нет земного вещества, минерала,
горной породы, живого тела, которое бы ее не включало.
В. И. Вернадский
Все геологи хотят доподлинно знать, что же таится в недрах земли на глубине более 12 км (именно эту отметку прошла рекордсменка – Кольская сверхглубокая скважина). В то же время расстояние до ядра планеты сквозь кору и две мантии составляет почти 3 тыс. км! Когда наблюдение за объектом изучения невозможно, в ход идут опосредованные методы получения информации. Но они, безусловно, не могут сравниться в точности и предметности с прямым изучением. Метеориты – настоящая находка для геологов. На основе их строения ученые постигают процессы формирования нашей собственной планеты и выдвигают гипотезы о возможном составе недоступных глазу геосфер.
Одна из таких гипотез была выдвинута и после обнаружения в осколке метеорита рингвудита. Согласно ей, оливин, который составляет основу мантии Земли, на определенной глубине под воздействием возрастающего давления и температуры переходит в рингвудит. Это объясняет изменение характера сейсмических волн при прохождении участка между верхней и нижней мантиями. До недавнего времени данные аппаратуры трактовались по-разному. То эта переходная зона в несколько десятков километров представлялась геофизикам сухой и инертной, то, напротив, жидкой и подвижной. Но крошечный и невзрачный бразильский алмазик принес ученым подтверждение: в переходной зоне между внешней и внутренней мантией Земли в огромных количествах присутствует рингвудит.
Большая часть алмазов образуется в недрах земли на глубине 150 км при огромном давлении и температуре. Однако есть и такие, которые рождаются на больших глубинах – в 400, 500, 600 км. Причем, помимо алмазов, с потоками магмы на поверхность неминуемо должны выбрасываться и другие элементы, входящие в состав мантии. Но увы, многие из них не могут похвастаться такой прочностью, какой обладает алмаз, и попросту не выдерживают перепадов давления и температур. Но если какой-либо элемент оказывается вплавлен, запечатан в алмаз, то к поверхности он выходит невредимым, защищенный метастабильной оболочкой. Подобные экземпляры становятся настоящей находкой для ученых. Ведь тут сама планета приоткрывает завесу тайны и разбрасывает скупые, но такие ценные сведения о своем строении прямо под ноги исследователям.
Но самая громкая новость была не в факте земного происхождения минерала. В изучаемом образце 1,5% массы занимала вода. А само вкрапление рингвудита в алмазе было всего лишь песчинкой из того огромного слоя силикатов, которые залегают под землей. Грэхэм Пирсон, геохимик Университета Альберты, с уверенностью заявил, что в глубине планеты, прямо под нашими ногами, находится такое водное пространство, которое по размерам сравнимо со всеми океанами на поверхности: «Этот образец – очень веское доказательство тому, что глубоко под землей есть области, содержащие воду. Транзитная зона в недрах Земли должна содержать столько воды, сколько все океаны вместе взятые».
H2O. Генезис
Совершенно неожиданно мы осознали, что под землей океаны и океаны воды.
Джей Басс, геофизик университета Иллинойса
Такие любопытные находки, как рингвудит, безусловно, обновляют базу знаний о Земле. Но чем глубже копают ученые в своих исследованиях, тем острее встает вопрос – как вода вообще попала на нашу планету? Есть две версии появления в мантии Земли этого вещества. Первая утверждает, что процесс попадания воды, в данном случае океанской, под земную кору вполне естественен и происходит одновременно с процессом субдукции – опускания края литосферной плиты. Когда одна литосферная плита «подныривает» под другую, она увлекает за собой и некоторое количество влаги. Плюс к этому глобальному процессу добавляется инфлюация воды – то есть, просачивание ее через разломы в земной коре. К примеру, после землетрясения образуются разного размера трещины. Часто они даже незаметны глазу, однако по ним вода под действием силы притяжения устремляется внутрь планеты на такую глубину, на какую только возможно.
При этом процесс поступления воды внутрь земли работает и в обратную сторону – вода из глубинных слоев снова выходит на поверхность и попадает в океан. Зоны ее выхода – гидротермальные источники – называют «черными курильщиками». Из этих источников выходит горячая вода под большим давлением. Она отличается по составу от океанской – пройдя долгий путь из недр земли, такая вода обогащается минералами. «Черных курильщиков» немало на океанском дне – по подсчетам ученых, за последнюю тысячу лет такие источники смогли поднять уровень мирового океана на 1,3 м.
Вторая версия еще масштабнее первой и гласит, что содержащаяся в мантийном слое вода – свидетельница формирования нашей планеты. И возраст ее, соответственно, может исчисляться миллиардами лет. Приверженцы этой теории мыслят поистине масштабно. Доказано, что в космическом пространстве вода – весьма распространенный элемент. Она представлена довольно широко в виде льда или пара в составе огромных облаков, во внутренней структуре комет и астероидов. Согласно одной из теорий, Земля была сформирована из ледяного газопылевого облака. Под воздействием гравитационных сил более массивных объектов, в данном случае – Солнца, из разрозненных элементов стала формироваться наша планета, попутно захватывая в себя и окружающую воду. Этот процесс длился долго и был чрезвычайно сложным, но в итоге образовался шар с заключенной внутри водой. Прошли сотни миллионов лет, а древняя влага по-прежнему остается запечатанной внутри нашей планеты.
Истина, конечно, где-то посередине. Так, геофизик Элисон Шоу утверждает, что вода внутри планеты запечатана уже не одну сотню миллионов лет, но при этом все существующие океаны в значительной степени могут происходить от той самой «подземной» воды.
К нему присоединяются исследователи Центра Океанографии города Вудс Хол. Участник экспедиции по изучению подводной вулканической активности Эрик Хойри говорит: «Существуют легкие и тяжелые изотопы водорода и бора. Вулканы в бассейне Мануса (вулканическая область в океане) выбрасывают такую смесь тяжелых и легких изотопов, которую мы больше нигде не встречали. По всей видимости, мантия в этом регионе содержит «дистиллированную» древнюю воду, которая смешивается с современными морскими водами».
Наличие внутри планеты больших водных массивов на внушительной глубине также подтверждают другие американские исследователи. Профессор сейсмологии Вашингтонского университета Майкл Вайсешин с группой коллег несколько лет анализировал почти 600 тыс. сейсмограмм со всего света. Ученых интересовал характер прохождения сейсмических волн при землетрясениях. По окончании исследований ученые пришли к поразительному выводу: под восточной оконечностью Евразии и под континентальным щитом Северной Америки залегают огромные океаны! Именно в этом месте продольные сейсмические волны претерпевали изменения, как раз характерные для преодоления толщи воды.
Геофизик Томас Аренс из Института технологии в Пасадене также приводит вполне логичные аргументы. Так, если присмотреться к составу небесных тел, например, метеоритов, то в их составе вода будет занимать около 3% от общей массы. В то время как на Земле весь Мировой океан не дотягивает и до 1%. А если воды нет на поверхности – ее нужно искать в недрах.
На основе многолетних исследований небесных тел ученые делают вывод относительно происхождения Мирового океана. Поверхностная вода могла быть занесена метеоритами в самом начале формирования планеты. Только-только появившись, она не имела такой прочной атмосферы, как сейчас, и подвергалась многочисленным бомбардировкам из космоса. У ученых были на примете два гипотетических «водовоза» – кометы и астероиды. Исследования показали, что химический состав воды в углистых хондритах (самых распространенных метеоритах) наиболее близок к земному. В то время как состав изотопов водорода в кометах сильно отличается от привычных нам показателей.
Космическая вода
Мы смогли опознать спектральные данные, полученные с
помощью зонда, только когда сличили их со спектром,
характерным для воды. Никакие другие допустимые
сочетания компонентов, с которыми мы пытались их
сравнить, не подошли.
Профессор Энтони Калапрет, ведущий специалист
команды «бомбардировщиков» Луны.
Ближайший постоянный естественный космический объект Земли – Луна. На нее и стали засматриваться геофизики вместе с астрономами, выискивая искрящийся внеземной лед.
В 1978 году советские исследователи обнародовали результаты анализа проб лунного грунта. В нем содержались незначительные запасы воды – 0,1%. А спустя 30 лет американские геологи заявили, что на ранних этапах своей жизни Луна буквально истекала водой из недр. В дальнейшем драгоценная влага испарилась в космос за неимением у спутника атмосферы. А уже в 2009 году совместными усилиями NASA и российских ученых был проведен простой и очень наглядный эксперимент. Луну прозондировали на предмет областей, богатых водородом, а после «выстрелили» в самую привлекательную область разгонным блоком «Центавр». Сковырнув таким образом верхний спекшийся слой лунной коры, ученые смогли взглянуть на то, что скрывалось в глубине земного спутника. Там оказался, ни много ни мало, водный лед. Причем, как подтвердили уже последующие исследования, точно такой же, как и на Земле. В целом, это открытие логично укладывается в гипотезу «гигантского столкновения», согласно которой Луна сформировалась частично из обломков Земли.
При этом сохранение воды на Земле и Луне после такой мощной космической катастрофы представляется чем-то фантастическим. Драгоценная влага должна была попросту испариться при многократно возросших во время столкновения температурах. Однако же 71% земного шара покрыт водой, а на Луне в виде льда находится, по меньшей мере, 1 млрд. тонн этого вещества. Геохимик Альберто Сол из Браунского университета, один из исследователей происхождения воды, говорит: «Самое простое объяснение нашему открытию таково: на молодой Земле уже была вода к тому моменту, когда наша планета столкнулась с другим небесным телом. Часть воды пережила столкновение и не испарилась, поэтому мы можем наблюдать ее сегодня в составе лунного грунта».
Обнаружение рингвудита в алмазе как раз и объясняет подобное положение вещей – даже при сверхвысоких температурах жизненно важная влага способна сохраняться в метастабильном коконе.
Подземные моря
Вода! У тебя нет ни вкуса, ни цвета, ни запаха, тебя не опишешь,
тобою наслаждаешься, не понимая, что ты такое. Ты не просто
необходима для жизни, ты и есть жизнь. С тобой во всем существе
разливается блаженство, которое не объяснить только нашими пятью
чувствами. Ты возвращаешь нам силы и свойства, на которых мы уже
поставили было крест. Твоим милосердием снова отворяются иссякшие
родники сердца.
Антуан де Сент-Экзюпери «Планета людей»
Пробурить скважину в сотни километров глубиной, конечно же, непосильная задача для современных геологов. Но при этом гидрогеология продолжает давать все новые интересные сведения о жидкой подземной воде, которая уже на сегодняшний день доступна для использования. Речь идет об огромных бассейнах, заключенных в полостях земной коры на глубине до 5 тыс. метров.
Еще в 80-х годах при разведке нефти в Западной Сибири неожиданно был обнаружен древний подземный океан. Он расположился на огромной территории под Тюменской, Омской, Свердловской, Челябинской, Новосибирской, Томской, Северно-Казахстанской, Семипалатинской и Павлоградской областями. Площадь океана составляет около 3 млн. км2, а приблизительные объемы воды в нем – более триллиона кубических метров! Это как Средиземное, Черное и Азовское моря вместе взятые! Сама вода в этом огромном артезианском бассейне, глубина которого составляет около 3 тыс. метров, неоднородна и складывается из нескольких слоев. Первый от поверхности слой составляет холодная пресная вода. Под ней располагается полезный минерализованный слой. А уже под этими двумя плещутся слои соленой влаги. И чем глубже, тем она горячее. В теории этот огромный океан гидротермальных источников можно использовать в промышленности при помощи геотермальных теплоэлектростанций. Так, к слову, давно уже поступает Исландия, богатая горячими гейзерами. Там горячие потоки воды из недр земли вырабатывают электроэнергию и напрямую отапливают жилые дома.
В Австралии тоже есть свое подземное море пресной воды. Оно занимает примерно четверть площади материка и располагается под штатами Квинсленд, Новый Южный Уэллс, Южная Австралия и Северная территория. Общая площадь подземных вод составляет 1,7 млн. км2, а объем воды – 65 тыс. км3. Глубина залегания моря – около 3 тыс. метров. Это огромный источник с успехом используется в сельском хозяйстве и на бытовые нужды австралийцев. В целом, артезианские бассейны – пусть не такие огромные, как Западно-Сибирский и Большой Австралийский – характерны для многих областей земного шара. Так, обнаружены и с успехом используются бассейны под Парижем и Москвой. К слову, жителей мегаполисов периодически пугают перспективой внезапного погружения сначала под землю, а потом под воду, но геологические службы с уверенностью заявляют, что такие сценарии крайне маловероятны.
А в 2011 году на Международном конгрессе географического общества Бразилии были обнародованы любопытные данные о подземном двойнике Амазонки. Оказывается, на глубине 4 тыс. метров под руслом самой большой реки мира течет поток подземной воды, а его русло параллельно наземной реке. Двойника величайшей реки на земле обнаружил ученый Валия Хамза. Он прибегнул к анализу характера прохождения сейсмических волн и обнаружил, что аккурат под Амазонкой должна находиться вода. Замеры температуры в глубине земли через отработанные нефтяные скважины позволили ученому определить объем потока и скорость, направление движения, русло. Оказалось, что двойник Амазонки может называться самой большой подземной рекой – его длина составляет 6 тыс. километров, а ширина в некоторых местах может достигать 400 км! Правда, в скорости подземная река сильно уступает Амазонке – пара миллиметров в секунду против пяти метров. Неофициально подземную реку стали называть в честь первооткрывателя – Хамза. Подземный поток, как и Амазонка, впадает в Атлантический океан, но гораздо глубже своего наземного близнеца.
Мы давно знаем, что литосферные плиты Земли медленно, но безостановочно перемещаются. Такая подвижность, по мнению многих ученых, обусловлена как раз наличием жидкости во внутренних слоях нашей планеты. При этом изучение состава и других свойств подземной воды даст более точные сведения об извержениях вулканов и подземных толчках. В теории, такие неожиданно огромные запасы воды можно даже приспособить под нужды землян. Только для начала надо каким-то образом прокопать канал к центру планеты в 400 км глубиной, чтобы добраться до заветного слоя водосодержащих силикатов. Ну, а пока ученые продолжают изучение драгоценного рингвудита, разглядывая маленькую голубую точку воды в твердом минерале.
