Как на Земле появилась вода? Ответ даст Z-машина
В американской Национальной лаборатории Сандия работает одна из самых мощных установок в мире — Z-машина, кольцо конденсаторов размером с два баскетбольных поля.
Светлана ЛевченкоАвтор новостей
Когда это удивительное устройство срабатывает, за несколько миллиардных долей секунды выделяется больше энергии, чем производят одновременно все электростанции планеты. Возникающая ударная волна создает давление, сравнимое с условиями внутри планет-гигантов или в эпицентре ядерного взрыва. Обычно установку используют для испытаний материалов в рамках программы поддержания американского ядерного арсенала, но около 10% выстрелов ежегодно выделяют для фундаментальной науки. Именно такой редкий шанс получила физик из Университета Колорадо в Боулдере Алиша Кларк, чтобы разобраться в одной из главных загадок нашей планеты — откуда на Земле взялась вода.
Классическая версия гласит: в раннюю эпоху своего существования, около 4,5 миллиарда лет назад, Земля была полностью расплавленной, и любая вода, оказавшаяся внутри, попросту испарялась бы в космос. Вся вода, которую мы видим сегодня, якобы была принесена кометами и астероидами позже, уже после того как остыла земная кора. Но за последнее десятилетие накопились данные, которые этой версии противоречат. Например, в 2014 году ученые обнаружили алмаз, который поднялся на поверхность планеты из глубины мантии, а внутри у него оказался минерал с неожиданно большим количеством воды, растворенной прямо в кристаллической структуре.
Кларк предположила, что расплавленные породы в недрах молодой Земли могли сами удерживать воду, подобно губке. Чтобы проверить эту идею, нужно было смоделировать, как ведет себя расплавленный силикат — аналог магмы — под давлением, которое существует глубоко в мантии планеты. Для этого Кларк пропускала ударную волну через образцы стекла, насыщенного водой, имитируя условия вблизи центра Земли.
В ходе экспериментов выяснилось, что чем сильнее сжимали насыщенное водой стекло, тем легче оно поддавалось дальнейшему сжатию. «Оно становится все более податливым, чем сильнее его сжимаешь, а это ненормальное поведение», — объясняет Кларк. По ее мнению, это может означать, что расплавленная порода действительно способна прочно удерживать воду при давлениях, характерных для мантии Земли.
Геолог из Корейского университета в Сеуле Донхун Ким считает результаты многообещающими: «Самое интересное здесь — возможность того, что вода не просто пассивно растворена в глубоком магматическом океане, а способна существенно менять структуру и физические свойства силикатных расплавов при экстремальных давлениях».
Финальный выстрел установки прошел не с первой попытки — дважды эксперимент срывался из-за технических неполадок с конденсаторами. Но с третьей попытки машина сработала: ударная волна прошла через образец со скоростью около 7,5 километра в секунду — именно то значение, которое соответствует условиям нижней мантии Земли. Полный анализ данных Кларк рассчитывает завершить до конца года.
Ранее физики «сварили» первобытный «суп» Большого взрыва и нашли в нем кое-что неожиданное.
Поделиться
