Как наша планета переваривает океанское дно и при чём тут глобальное потепление?

Знаете, с глобальным потеплением история вообще-то дурацкая. Когда натыкаешься на новости про него, всегда виноваты одни и те же персонажи — заводы, машины, коровы… В общем, человек с его бесконечным аппетитом к энергии. Да, всё так, картина ясная, как день.

Но что, если виноват не только человек? Причём процессы, которые влияют на климат, запускаются на такой глубине, куда мы и за миллион лет не доберёмся.

Вот и геолог Павел Гаврюшкин, доцент из Новосибирского госуниверситета, потратил десять лет, пытаясь ответить на, казалось бы, чисто академический вопрос: что происходит с самыми обычными породами, когда они попадают в самое сердце планеты?

Оказалось, что там образуются особые соединения — ортокарбонаты. И самое главное — их появление напрямую связано с выбросами углекислого газа в атмосферу. То есть с тем самым парниковым эффектом.

Погружение в бездну

Чтобы понять суть открытия, нужно разобраться с одним ключевым процессом — субдукцией. Слово для кого-то может быть незнакомым, но тут всё просто.

Литосферные плиты, на которых мы живём, постоянно движутся. В некоторых зонах, особенно по краям океанов, одна плита (обычно тяжёлая океаническая) подныривает под другую (континентальную) и начинает погружаться вглубь мантии. Вот это и есть субдукция.

Вот на этой океанической плите за миллионы лет скапливается куча всякого добра: донные отложения, останки морских организмов, проще говоря — известняки и прочие карбонаты (вспомните мел, которым когда-то писали в школе). И вот, при погружении плиты, весь этот груз отправляется в один конец — прямиком в адское пекло, в мантию Земли.

Погружение это происходит не на пару километров. Речь идёт о сотнях и тысячах километров! Глубина погружения может достигать границы мантии и ядра. А там — запредельные условия: давление в миллионы раз выше, чем у нас на поверхности (125 ГПа), а температура подбирается к 3000 градусам (примерно как на поверхности Солнца).

Тут стоит уделить внимание давлению. Атмосферное давление у поверхности Земли, которое мы привыкли считать нормой, — это примерно 0.0001 ГПа. На дне Марианской впадины, самой глубокой точки океана уже побольше — около 0.1 ГПа.

А 125 ГПа... ну, представьте, что вы держите на кончике одного пальца, допустим, 400 Эверестов, поставленных один на другой. Такая-то нагрузка.

Магия недр

Но вот мы и подобрались к главному открытию. Что происходит с карбонатами, когда они попадают в такие условия?

Все знают, что алмаз — это углерод, который под огромным давлением и температурой перестроился из графита. Так вот, с карбонатами происходит нечто похожее. В обычном известняке атом углерода связан с тремя атомами кислорода. Это стандартная, плоская конфигурация.

Но в условиях мантии атомы перестраиваются. Углерод начинает связываться уже с четырьмя атомами кислорода, образуя тетраэдрическую структуру — такую же, как у алмаза. Получаются новые вещества — ортокарбонаты.

Их можно назвать структурными двойниками алмазов — не ювелирными, конечно, но с очень прочной и интересной архитектурой.

Но как изучить то, что происходит на такой глубине? Туда ведь не то что спуститься, туда даже пробурить невозможно. Самая глубокая скважина в истории человечества — Кольская сверхглубокая — всего-то 12,2 км. А здесь речь идёт о тысячах.

Работа шла в два этапа. Сначала учёные прогнали весь этот сценарий на суперкомпьютере, создав виртуальный симулятор недр Земли. Они построили модели и рассчитали, что должно происходить с атомами карбонатов в условиях мантии.

Теория показала: таки да, должны образовываться ортокарбонаты.

Но теория — это одно, а реальность — другое. Чтобы доказать свою правоту, команда Гаврюшкина устроила материи проверку на прочность. Они взяли крошечные образцы карбонатов, поместили их в так называемую алмазную ячейку (по сути, сжали между двумя настоящими алмазами) и создали в лаборатории такое же давление и температуру, как в недрах планеты.

И эксперимент в точности подтвердил расчёты. Предсказанные ортокарбонаты были получены в реальности — это выяснилось в результате анализа на синхротронах.

При чём тут потепление?

Но вернёмся к тому, с чего начали. Всё дело в химии. Реакция превращения обычного карбоната в ортокарбонат не проходит бесследно. У неё есть побочный продукт — старый добрый CO₂, то есть углекислый газ.

Этот вырвавшийся на свободу газ не остаётся запертым в мантии навсегда. Рано или поздно он находит дорогу наверх. Он становится частью магмы и через вулканы, которые как раз и образуются над зонами субдукции (например, знаменитое Огненное кольцо вокруг Тихого океана), возвращается в атмосферу.

Получается, что глубоко под нашими ногами миллионы лет работает гигантский химический реактор. Он берёт карбонаты с океанского дна, перерабатывает их в сверхплотные минералы, а излишки углерода в виде CO₂ выбрасывает в атмосферу.

Конечно, это не значит, что во всём виноваты вулканы, а мы можем спокойно дымить дальше. Антропогенный фактор — выбросы от заводов, машин и сжигания топлива — это главная причина сегодняшнего резкого потепления. Наш промышленный выброс — это как резкое, ударное добавление нагрузки на и без того работающий конвейер.

Но открытие Гаврюшкина показывает, что у планеты есть и свой собственный, глубинный механизм участия в глобальном цикле углерода.

Так что открытие российского учёного и его коллег имеет вполне прикладное значение для нашего будущего. Во-первых, оно помогает создать более точную модель углеродного цикла Земли. Чтобы прогнозировать, как будет меняться климат, нужно учесть ВСЕ источники и стоки парниковых газов, включая эти глубинные, геологические.

Во-вторых, это лишний раз показывает, что Земля — единый и сложно устроенный организм. Процессы в её ядре и мантии не изолированы от того, что творится на поверхности. Они напрямую влияют на атмосферу, а значит, и на погоду за нашим окном.

Так что выходит, что история с глобальным потеплением оказывается куда сложнее и интереснее. Нам теперь нужно смотреть не только вверх, на дым из труб, но и вниз — в самые глубины нашей планеты.

Такие дела.