Я. Жив
Оливиновый термостат
        В НАСА на протяжении девяти лет следят за состоянием льда и изучают погодные условия в рамках миссии IceBridge. Сотрудники НАСА летают над Канадой, Гренландией и Северным Ледовитым океаном. В начале марта 2017 года они отрапортовали, что объём морского льда в Арктике достиг самого низкого уровня за всё время наблюдений, а скорость таяния ледников превосходит все прогнозы экспертов: за прошедшие десять лет количество многолетнего льда уменьшилось на 15%, и такими темпами уровень мирового океана быстро увеличится (по их расчётам) на 40 см. Казалось бы, проверенный факт, но... это лишь «северо-атлантический» факт.
        Швейцарцы оценили изменение площади суши на Земле за последние 32 года, проанализировав более 3 млн. спутниковых снимков, и выяснили, что суши прибавилось: 90 тыс. кв. км «утонуло», а 184 тыс. кв. км «всплыло». Что же происходит с уровнем океана? Куда девается вода ледников? Не ждёт ли Землю судьба Марса?
        На Марсе имеется множество геологических образований, напоминающих водную эрозию, в частности, высохшие русла рек. В прошлом атмосфера могла быть более плотной, а климаттёплым и влажным, и на поверхности Марса могла существовать жидкая вода и идти дожди. Сейчас температура на Марсе колеблется от153 °C на полюсе зимой и до более +20 °C на экваторе в полдень. Средняя температура составляет50°C.
        Атмосфера Марса, состоящая, в основном, из углекислого газа, очень разрежена. Давление у поверхности Марса в 160 раз меньше земного6,1 мбар на среднем уровне поверхности. Примерная толщина атмосферы110 км, давление атмосферы на среднем радиусе составляет 6,36 мб. Плотность у поверхности ~0,02 кг/м3, общая масса атмосферы ~2,5·1016 кг. Считается, что около 4 млрд лет назад Марс практически полностью потерял своё магнитное поле. С того времени вследствие слабости магнитного поля в атмосферу Марса практически беспрепятственно проникает солнечный ветер, он-то со временем и «сдул» большую часть атмосферы.
        К счастью, у Земли её главная линия обороны – магнитосфера, – неплохо с ним справляется (сейчас в Солнечной системе магнитосферой обладают Меркурий, Земля, четыре газовых гиганта и Ганимед – крупнейший спутник Юпитера). Земная магнитосфера тормозит корпускулы солнечного ветра, гоняет их от полюса к полюсу, создаёт красочные полярные сияния и, в конечном итоге, добавляет их к массе Земли. То есть, «испарение» марсианского типа отпадает. Вода остаётся на Земле!

Магнитосфера Земли
        Конечно, о структуре Марса мы не знаем почти ничего, о структуре Земли тоже очень мало, но всё-таки чуть больше. Недавно, например, мы достоверно узнали, что в недрах Земли содержится огромное количество воды, в разы превышающее объём Мирового океана.  Ирландские, канадские и китайские геофизики показали, что вода на Земле возникла в результате химических реакций в её недрах, а не была занесена на планету астероидами или метеоритами. Соответствующее исследование опубликовано в журнале Earth and Planetary Science Letters.
        Выяснилось, что на глубине от 40 до 400 километров при температуре около 14000С и давлении 20 тысяч атмосфер содержащийся в мантии диоксид кремния вступает в химическую реакцию с водородом, что приводит к образованию воды и гидрида кремния, то есть Земля способна сама производить воду. Как недавно выяснилось, есть и хранилище воды не только снаружи, в гидросфере, но и внутри – в оливиновом поясе.

Оливиновый пояс (второй снаружи слой)
        Оливин – один из самых распространённых на Земле минералов: он слагает основные магматические породы и очень широко распространён в мантии, а в «зелёнокаменном поясе» часто выходит на поверхность земной коры. Одно из названий суперминерала – оливин – было присвоено ему в связи со схожестью отшлифованных камней с оливками. Если опустить такой камешек в воду, то он станет прозрачней и может даже показаться, что видна косточка (прозрачную желто-зелёную разновидность оливина принято называть хризолитом).

Оливин (второе название минерала – перидот)
        Один из «талантов» оливина – способность извлекать  углекислый газ из атмосферы и хранить его внутри микрогранул. Второй его «талант» – оливин при высоких температурах и давлениях, характерных для мантии на глубине 410-660 километров, преобразуется в рингвудит и вадслеит. Рингвудит и вадслеит поглощают на порядки больше воды, чем оливин – примерно до 2,5% их общей массы.
        В 2014 году международный коллектив геофизиков сообщил в журнале Nature, что в переходном слое между верхней и нижней мантией, на глубине 410-660 километров, имеются обширные запасы воды. Исследователи провели рентгеноструктурный, рамановский и инфракрасный анализ образцов оливина, найденных близ реки Сан-Луис в современной Бразилии, и выявили в минерале содержащие воду включения рингвудита.

Оливин с включениями
        Простые оценки показывают, что в недрах Земли воды хватит как минимум на несколько Мировых океанов. Это подтвердила другая группа исследователей. В 2015 году в журнале Nature они опубликовали статью с результатами исследования рингвудита, найденного в «зелёнокаменном поясе» Абитиби на Канадском щите Северо-Американской платформы. Этот пояс – один из самых распространённых комплексов пород среднего и позднего архея. В глубину такие комплексы могут достигать 20 километров, в ширину – 200 километров, в длину – тысячу километров.
       Распространённость оливина и его свойства делают его реальным кандидатом на роль глобального регулятора температуры земной коры, ведь оба его «таланта»температурно-зависимые динамические равновесия. Причём, первый (поглощение/выделение углекислоты) имеет отрицательную производную, а второйположительную. То есть рост температуры понижает растворимость в оливине углекислоты и повышает поглощение воды.
        Работать «оливиновый термостат» может примерно так: если через мантию от ядра течёт сильный тепловой поток (теплоотдача Земли велика, кора перегрета), мантия нагревается, при этом нагревается и её «оливиновый пояс». Оливин мантии и его включения – рингвудит и вадслеит – поглощают воду, теплопроводность пояса уменьшается, растёт тепловое сопротивление, снижая тепловой поток, идущий к коре. При этом оливин коры начинает остывать и поглощать углекислоту из атмосферы. Тем самым, наряду со снижением теплопритока, теплоизоляция Земли уменьшается и кора остывает (парниковый эффект слабеет).
        При пониженной теплоотдаче (тепловой поток в мантии слабее нормы), верхний слой мантии (и всё тот же оливиновый пояс) остывает, оливин, рингвудит и вадслеит отдают воду. Следовательно, растёт масса теплоносителя (воды), растёт теплопроводность пояса, а значит, растёт поток тепла из глубин мантии к земной коре. Остывший к этому времени оливин коры в «зелёнокаменных поясах» греется и отдаёт поглощённый ранее углекислый газ, усиливая парниковый эффект. То есть параллельно растёт подогрев коры и повышается теплоизоляция.
        Иначе говоря, количество воды и углекислоты на поверхности земного шара целиком определяет оливин. Оливиновый термостат работает не очень быстро (по человеческим меркам), но зато надёжно. Что же касается масштабов, то человечеству со всеми его промвыбросами и углекислотными квотами до него о-о-очень далеко...
        Колебания количества свободной воды в мировом океане трудно заметить, зато на участках суши, не связанных с океаном, например, в районах Каспия и Ближнего Востока, это поглощение должно быть заметно. Именно на эти районы и приходится 70% обнаруженных швейцарскими исследователями потерь водных территорий.
        Заметим, – в статье речь идёт не о климате. Климатические условия, то есть состояние атмосферы и тонкого слоя гидросферы, обеспечиваются, в основном, двумя факторами: солнечной радиацией и температурой литосферы. При этом не следует переоценивать солнечную радиацию – Луна хорошо иллюстрироует роль этого фактора. А вот те +40С, которые имеет гидросфера на глубинах от десятков метров до дна Марианской впадиты, и есть результат работы оливинового термостата, на фундаменте которого «строит» климат солнечная радиация.

В оглавление