Rezerwy wody ukryte setki kilometrów pod powierzchnią Ziemi mogą okazać się znacznie większe niż wszystkie naziemne oceany razem wzięte. Nowe badania geofizyczne udowadniają, że płaszcz naszej planety skrywa ogromne, naturalne zasoby cieczy.
Przez dziesięciolecia geolodzy spierali się o to, jak uformował się globalny obieg hydrologiczny oraz skąd dokładnie wzięła się woda na powierzchni Ziemi. Najnowsze publikacje w prestiżowych magazynach naukowych, takich jak „Science” czy „Nature Geoscience”, rzucają zupełnie nowe światło na tę tajemnicę, udowadniając, że wnętrze planety działa jak magazyn.
Gdzie dokładnie kryją się rezerwy wody w głębi planety?
Tradycyjne wyobrażenia o wnętrzu Ziemi rzadko uwzględniają obecność płynów w warstwach oddalonych o setki kilometrów od skorupy, kojarząc głębię wyłącznie z rozżarzoną magmą. Tymczasem nowoczesne analizy sejsmiczne oraz eksperymenty laboratoryjne pod ogromnym ciśnieniem udowadniają, że rezerwy wody rozciągają się w tzw. strefie przejściowej płaszcza Ziemi, położonej na głębokościach od ok. 400 do nawet 700 kilometrów. Obszar ten oddziela górny płaszcz od dolnego i stanowi ważny element tektonicznego silnika naszej planety.
Badania zespołu geofizyków z Northwestern University, kierowanego przez Stevena Jacobsena, bazujące na odczytach z tysięcy sejsmometrów rozstawionych na terenie Stanów Zjednoczonych, wykazały wyraźne spowolnienie fal sejsmicznych przechodzących przez te obszary. Taki stan rzeczy wskazuje na obecność uwodnionych struktur skalnych, które pod wpływem kolosalnego ciśnienia magazynują wilgoć.
Wspomniane głębinowe zasoby nie przypominają jednak otwartych, płynnych akwenów znanych z powieści science fiction. Woda występuje tam w formie chemicznie związanej jako jony hydroksylowe ściśle uwięzione w strukturze krystalicznej minerałów wysokociśnieniowych.
Jak minerały takie jak ringwoodyt magazynują wilgoć w płaszczu Ziemi?
Kluczem do zrozumienia tego fenomenu jest unikalna geologia strefy przejściowej, gdzie dominuje oliwin oraz jego wysokociśnieniowe polimorfy, takie jak wadsleyit i ringwoodyt. Te rzadkie struktury krystaliczne posiadają niezwykłą zdolność wbudowywania cząsteczek wody bezpośrednio w swoją sieć atomową.
Przełomem w badaniach było odkrycie naturalnej próbki ringwoodytu wewnątrz głębinowego diamentu pochodzącego z brazylijskiego regionu Juína. Znalezisko to, opisane przez zespół dr Grahama Pearsona, dostarczyło pierwszych bezpośrednich dowodów na to, że płaszcz Ziemi faktycznie kryje w sobie uwodnione formacje.
Równoległe eksperymenty laboratoryjne z wykorzystaniem komórek diamentowych ogrzewanych laserem wykazały, że nawet śladowe ilości wodoru w głębi planety stabilizują te związki, pozwalając im funkcjonować jako gigantyczne magazyny wilgoci.
Co obecność wody w płaszczu Ziemi zmienia w historii naszej planety?
Przez lata dominowała teoria zakładająca, że cała woda na powierzchni Ziemi pochodzi z bombardowania naszej planety przez lodowe komety i planetoidy w epoce formowania Układu Słonecznego. Odkrycie tak potężnych rezerwuarów w płaszczu wspiera alternatywny scenariusz, zgodnie z którym oceany stopniowo „wypłacały się” z wnętrza Ziemi na zewnątrz w trakcie procesów geologicznych.
Zrozumienie dynamiki płaszcza oraz mechanizmów krążenia wody między powierzchnią a głębią planety pomaga naukowcom lepiej wyjaśnić stabilność klimatyczną Ziemi. Procesy te wpływają bezpośrednio na tektonikę płyt, aktywność wulkaniczną oraz długoterminowe utrzymanie się oceanów na powierzchni.
Źródła:
- https://nbscience.com/the-subterranean-ocean-in-ringwoodite-unlocking-earths-hidden-waters/
- https://www.scientificamerican.com/article/rare-diamond-confirms-that-earths-mantle-holds-an-oceans-worth-of-water/
- Walker, T., Oceans of water, creation.com/articles/oceans-of-water-deep-inside-the-earth, 04 Oct 2014.
- Pearson, D., Brenker, F., Nestola, F., et al. Hydrous mantle transition zone indicated by ringwoodite included within diamond. Nature 507, 221–224 (2014). https://doi.org/10.1038/nature13080
