Десятиліттями вважалось, що присутність води в мантії Землі робить її менш в’язкою та дозволяє породі по ній рухатись. Переміщення породи лежить в основі більшості геофізичних явищ, включно з стрясанням тектонічних плит та гігантськими конвекційними потоками, які переносять тепло всередині мантії. Воно також здійснює кругообіг вуглецю і інших життєво важливих елементів зсередини планети на її поверхню.
Експерименти з кристалами олівіну – найпоширенішого мінералу мантії, – який піддали високому тиску, поставили цей загальноприйнятий постулат під сумнів. Гонжан Фей, геохімік з Університету Байройта (Німеччина), оприлюднив результати цього експерименту у сьогоднішньому випуску часопису Nature.
Раніше в лабораторних умовах вже підтверджували, що вода має послаблюючий вплив на мінерали. Більшість цих тестів проводилися з так званими множинними кристалами, насиченими водою. Якщо такі кристали стиснути, вода радше полегшуватиме їх ковзання вздовж граней один одного, аніж деформуватиме їх, чого слід очікувати у випадку мінералів мантії.
Щоб уникнути цього, команда Фея дослідила одинокі кристали олівіну за температури та тиску, які трапляються на глибині 100-200 кілометрів всередині мантії. Дослідників насамперед цікавило не те, як вода послаблює породу, а як вона сприяє дифузії атомів кремнію всередині кристалу, адже саме темп цієї дифузії значною мірою визначає, з якою швидкістю рухається порода.
Експеримент показав, що вплив води значно менший, ніж очікувалося: збільшення об’єму води на коефіцієнт 1000 покращувало дифузію кремнію лише на коефіцієнт 10. «Я був дуже здивований», - сказав Фей.
Цей експеримент змушує переглянути декілька вагомих постулатів геофізики. Зокрема, з нього випливає, що вода не є ключовим фактором, який пом’якшує верхні шари мантії, дозволяючи тектонічним плитам переміщатися по її поверхні. Крім того, різниця у вмісті води вже не може пояснювати, чому «гарячі точки» постійно залишаються нерухомими, незважаючи на постійний рух тектонічних плит.
Результати експерименту Фея піддали критиці деякі авторитетні геофізики. Так, Суміт Чакраборти, петролог з Рурського університету у Бохумі (Німеччина), який постачав матеріали для дослідження Фея, знайшов у його методі суттєві недоліки.
Зокрема, на його думку, незалежно від того, чи містить насичена кремнієм порода воду чи ні, не зовсім зрозуміло, чи дійсно ступінь дифузії кремнію визначає швидкість переміщення породи. Крім того, кристали олівіну, які використовував під час свого дослідження Фей, не містили заліза, хоча вміст заліза суттєво впливає на ступінь деформації.
Зі своєї сторони, Гонжан Фей у своїх наступних експериментах прагне дослідити, як кремній дифундує вздовж границь зерен мінералів, щоб визначити відмінності порівняно з дифузією в одинокому кристалі.
14.06.2013