У ранньому археї, від 4,0 до 3,2 мільярда років тому, поверхня Землі, мабуть, була практично повністю покрита глобальним океаном. До такого висновку прийшли вчені на основі розрахунку залежності між температурою мантії і темпами її дегідратації, що служила головним джерелом освіти Світового океану. Більш гаряча, ніж сьогодні, мантія ранньоархейської Землі активно втрачала пов'язану в породах воду, в результаті чого баланс водного обміну між надрами і поверхнею планети був зрушений на користь збільшення обсягів океану, повідомляє стаття в журналі.
Вода увійшла до складу речовини примітивної Землі ще на стадії аккреції і, мабуть, відразу почала надходити на поверхню в ході дегазації, що супроводжувала гравітаційну диференціацію надр. Завдяки цьому процесу на планеті сформувалися первинна атмосфера і океан. Після того як почав діяти механізм тектоніки плит, вода через зони субдукції стала потрапляти назад в мантію, і за рахунок регідратації мантійних порід обсяг океану зменшився.
Оцінка величини евстатичних (глобальних і повільних) коливань рівня океану показала, що принаймні протягом фанерозойського еона (від 543 мільйонів років тому до теперішнього часу) кількість води на поверхні Землі залишалася приблизно постійною. Однак в більш ранні епохи воно могло істотно відрізнятися від сучасного. Побічно на це вказують дослідження ізотопного складу серпентинізованих, тобто тих, хто зазнав гідратації, порід океанічного дна ранньоархейського (3,8 мільярда років) віку. Стародавній океан був збіднений дейтерієм на 25 5 проміле по відношенню до сучасного, і для того щоб фракціонування ізотопів водню в процесах континентального зростання і субдукції призвело до нинішнього утримання важкої води, океан ранньої Землі повинен був бути приблизно на 26 відсотків більше за обсягом.
При цьому, як показало одне з недавніх досліджень, вода, що потрапляє в мантію при субдукції, концентрується головним чином на глибинах від 410 до 660 кілометрів - в перехідному шарі, що складається в основному з вадслеїту і рінгвудиту - високобаричних модифікацій олівіну (Mg, Fe) 2SiO4. На межі нижнього шару при тиску близько 24 гігапаскалів рінгвудит переходить в бриджманіт (Mg, Fe) SiO3, здатність якого до акумуляції води набагато нижче.
Група дослідників на чолі з Цзюньцзе Дунем (Junjie Dong) з Гарвардського університету оцінила, як змінювалася здатність головних компонентів мантії до утримання води залежно від температури. Згідно з сучасними моделями ранньої еволюції Землі, на початку архея (4,0-3,2 мільярда років тому) мантія була гарячішою, ніж зараз. Як показник у цих моделях береться так звана потенційна температура - величина, що характеризує температуру мантійної речовини на середній глибині, адіабатично (тобто без теплообміну з навколишнім середовищем) охолодилася при підйомі на поверхню, в умови атмосферного тиску. Потенційна температура сучасної мантії становить близько 1600 кельвін, а в ранньому археї вона могла досягати 1800-2000 кельвін, і мантійні мінерали утримували воду гірше.
Наскільки гірше, показали розрахунки, виконані вченими на основі експериментальних даних про фазову поведінку головних компонентів мантії, доповнених результатами моделювання для бриджманіту та інших складових нижньої мантії. Об'єднавши дані про умови плавлення, при якому відбувається вивільнення пов'язаної води, дослідники побудували модель водоакумулюючої здатності речовини в глибоких надрах Землі. У цій моделі максимальна кількість води, яку можуть утримувати мінеральні асоціації в мантії, являє собою функцію потенційної температури: чим вона вища, тим менше води зв'язується в речовині. Головна роль у регуляції вмісту води належить бриджманіту, що становить більше половини маси всієї мантії.
Згідно з розрахунками Цзюньцзе Дуня і його колег, породи мантії в даний час акумулюють від 1,86 до 4,41 маси сучасного Світового океану, яка визначена приблизно в 1,335 мм. 1021 кілограм. Великий розкид верхньої і нижньої меж в оцінці вмісту води пов'язаний з недостатньо точними даними по бриджманіту; статистична медіана оцінки становить 2,29 мас океану. Якщо прийняти, що в ранньому археї мантія була на 300 градусів гарячішою, ніж зараз, вона могла утримувати лише 0,52-1,69 мас океану (при медіані 0,72). Вивільнена вода - від 1,19 до 1,56 мас океану - переважно надходила на поверхню Землі (деяка частина її могла залишатися в мантійних розплавах).
Наскільки планета нагадувала «водний світ», залежить від ступеня розвитку прото-континентальних масивів раннього архею, тобто від їх площі і висоти. У рамках побудованої дослідниками моделі найбільш вірогідна ситуація, коли водою була покрита практично вся поверхня, за винятком небагатьох піднесених ділянок. Хоча геологічні записи раннього архею рідкісні, вони узгоджуються з картиною глобального або надзвичайно обширного океану. Так, дані ізотопних досліджень показують, що практично всі великі вулканічні провінції цього періоду були підводними.
Наслідком існування глобального океану, на думку авторів моделі, могла стати активна гідратація примітивної океанічної літосфери, що сприяла виникненню тектоніки плит. Альбедо Землі, поверхня якої ховалася під щільною хмарною атмосферою, насиченою водяними парами, повинно було бути досить високим, що вже в середині архея призвело до зниження температури на поверхні.
Раніше вчені пов'язали континентальний внутрішньоплітний вулканізм з накопиченням води в перехідній зоні мантії в результаті субдукції, виявили ознаки потужного магнітного поля на самій ранній стадії існування Землі, а також з'ясували, наскільки придатними для життя можуть бути водні світи.