Роль воды в течении пород внутри Земли может оказаться переоценённой.

В течение многих десятилетий учёные полагали, что присутствие воды в глубинных породах делает последние менее вязкими и позволяет им течь. Это движение лежит в основе всех видов геофизических явлений от толкотни литосферных плит до гигантской конвекции в мантии. Кроме того, оно принимает участие в круговороте углерода и других жизненно важных элементов в планетарном масштабе.
Однако эксперименты с кристаллами оливина (распространённый в мантии минерал) при высоких давлениях показали, что учебники не совсем верны.

Конвекция в мантии может не так сильно зависеть от наличия водной смазки.(Изображение Университета Лидса.)

Многочисленные лабораторные эксперименты продемонстрировали ослабляющее влияние воды на минералы. Но геохимик Хунчжань Фэй из Байройтского университета (ФРГ) и его коллеги указывают на то, что в большинстве из этих исследований изучались кристаллы, перенасыщенные водой. Когда кристаллы сжимались, вода, находившаяся между крупинками, позволяла им скользить вместо того, чтобы деформироваться, как следовало бы ожидать в естественных условиях.
Поэтому группа г-на Фэя взялась за монокристаллы оливина, которые подвергли температурам и давлению, характерным для глубины 100–200 км. Исследователи не смотрели непосредственно на то, как вода разупрочняет камни, а изучали то, как она влияет на диффузию атомов кремния в кристаллах. Когда оливин сжимают, кремний движется медленнее всех, и по скорости его диффузии можно судить о том, насколько быстро течёт порода.
Оказалось, что эффект воды намного меньше ожидаемого: увеличение содержания воды в кристалле оливина в тысячу раз повысило диффузию кремния менее чем в 10 раз. «Я был очень удивлён», — признаётся г-н Фэй.
Исследователи полагают, что полученные результаты ставят под сомнение ряд важнейших геофизических представлений. Например, считается, что вода смягчает верхнюю часть мантии, позволяя двигаться литосферным плитам, но, возможно, дело не в воде. Кроме того, различия в количестве воды уже не объясняют, почему «горячие точки», то есть места выхода на поверхность мантийных плюмов, остаются неподвижными в течение долгого времени (например, на Гавайях), несмотря на перемещение тектонических платформ.
Не все готовы принять новую точку зрения. Петролог Сумит Чакраборти из Рурского университета (ФРГ), который прислал г-ну Фэю некоторые материалы для экспериментов и ранее опубликовал статью о сильном влиянии воды на скорость диффузии кремния в оливине, увидел в работе коллег ряд недочётов.
Во-первых, содержат богатые кремнием минералы воду или нет, не совсем ясно, действительно ли скорость диффузии кремния в них определяет скорость породы. Во-вторых, в отличие от многих типов оливина, кристаллы, использовавшиеся в исследовании, не содержали железа, а ведь минералы деформируются по-разному в зависимости от концентрации этого элемента. Поэтому, заключает г-н Чакраборти, претензии надуманны.
Со своей стороны, г-н Фэй намерен разобраться в том, как кремний диффундирует через границы крупинок минералов, — может быть, там он ведёт себя не так, как в одиночном кристалле.

Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.
Подготовлено по материалам Nature News.