Υπόγειος ωκεανός; Οι επιστήμονες ανακαλύπτουν νερό στα βάθη της γης

Μια διεθνής ερευνητική ομάδα με επικεφαλής έναν καθηγητή στο Πανεπιστήμιο Γκαίτε αναλύει εγκλείσματα διαμαντιών.

Το οριακό στρώμα μεταξύ του άνω και του κάτω μανδύα της Γης είναι γνωστό ως ζώνη μετάβασης (TZ). Βρίσκεται μεταξύ 410 και 660 χιλιομέτρων (μεταξύ 255 και 410 μιλίων) κάτω από την επιφάνεια. Το ορυκτό πράσινο ελαιόλαδο, γνωστό ως περίδοτο, που αποτελεί περίπου το 70% του ανώτερου μανδύα της Γης, αλλάζει την κρυσταλλική του δομή σε ακραίες πιέσεις έως και 23.000 bar στο TZ. Σε βάθος περίπου 410 χιλιομέτρων (255 μίλια), στο άνω άκρο της μεταβατικής ζώνης, μετατρέπεται σε πιο πυκνό λυκόλιθο, και σε βάθος 520 χιλιομέτρων (323 μίλια), μετατρέπεται σε πιο πυκνό δακτυλιοειδή.

Ο καθηγητής Frank Brinker του Ινστιτούτου Επιστημών της Γης στο Πανεπιστήμιο Goethe στη Φρανκφούρτη. Για παράδειγμα, τα λοφία του μανδύα – ανερχόμενα λοφία καυτού βράχου από τον βαθύ μανδύα – μερικές φορές σταματούν ακριβώς κάτω από τη ζώνη μετάβασης. Η κίνηση της μάζας προς την αντίθετη κατεύθυνση σταματά επίσης. Ο Brinker λέει, “Οι αγώγιμες πλάκες συχνά δυσκολεύονται να διεισδύσουν σε ολόκληρη τη ζώνη μετάβασης. Επομένως, υπάρχει ένα ολόκληρο νεκροταφείο αυτών των πλακών σε αυτήν την υποευρωπαϊκή περιοχή.”

Διαμάντια από την Μποτσουάνα αποκάλυψαν στους επιστήμονες ότι μεγάλες ποσότητες νερού αποθηκεύονται στο βράχο σε βάθος μεγαλύτερο των 600 χιλιομέτρων. Πίστωση: Tingting Gu, Gemological Institute of America, Νέα Υόρκη, Νέα Υόρκη, ΗΠΑ

Ωστόσο, δεν ήταν ακόμη γνωστό τι θα έχει στη γεωχημική της σύσταση οι μακροπρόθεσμες επιπτώσεις του «ρουφήγματος» υλικών στη ζώνη μετάβασης και αν υπάρχουν μεγαλύτερες ποσότητες νερού εκεί. Ο Μπρίνκερ εξηγεί: “Οι υποβυθισμένες πλάκες μεταφέρουν επίσης ιζήματα βαθέων υδάτων στην πλάτη τους στο εσωτερικό της Γης. Αυτά τα ιζήματα μπορεί να περιέχουν σημαντικές ποσότητες νερού και διοξειδίου του άνθρακα. Αλλά μέχρι τώρα δεν ήταν σαφές πόσο εισέρχεται στη ζώνη μετάβασης με τη μορφή πιο σταθερά ορυκτά και ανθρακικά άλατα, επομένως δεν ήταν επίσης σαφές εάν υπήρχαν όντως αποθηκευμένες μεγάλες ποσότητες νερού εκεί».

Αναμφίβολα, οι σημερινές συνθήκες θα το ευνοήσουν. Τα παχιά ορυκτά wadsleyite και ringwoodite μπορούν να συγκρατήσουν μεγάλες ποσότητες νερού (σε αντίθεση με την ολιβίνη σε χαμηλότερα βάθη), τόσο πολύ που η ζώνη μετάβασης μπορεί υποθετικά να απορροφήσει έξι φορές περισσότερο νερό στους ωκεανούς μας. «Μάθαμε ότι το οριακό στρώμα έχει τεράστια ικανότητα να αποθηκεύει νερό», λέει ο Brinker. «Ωστόσο, δεν ξέραμε αν όντως το έκανε».

Η απάντηση δόθηκε πλέον από διεθνή μελέτη. Η ερευνητική ομάδα ανέλυσε ένα διαμάντι από την Μποτσουάνα της Αφρικής. Προήλθε σε βάθος 660 km, ακριβώς στην επιφάνεια μεταξύ της ζώνης μετάβασης και του κατώτερου μανδύα, όπου το κυρίαρχο ορυκτό είναι ο ringwoodite. Τα διαμάντια από αυτήν την τοποθεσία είναι πολύ σπάνια, ακόμη και ανάμεσα στα εξαιρετικά σπάνια διαμάντια εξαιρετικά βαθιάς προέλευσης, τα οποία αντιπροσωπεύουν μόνο το 1% του συνόλου των διαμαντιών. Μελέτες έχουν δείξει ότι η πέτρα έχει υψηλή περιεκτικότητα σε νερό λόγω της παρουσίας πολλών εγκλεισμάτων ringwoodite. Η ομάδα μελέτης μπόρεσε επίσης να προσδιορίσει τη χημική σύνθεση της πέτρας.

Ήταν σχεδόν ακριβώς τα ίδια με αυτά που βρέθηκαν σε κάθε μέρος του βράχου του μανδύα που βρίσκεται σε βασάλτη οπουδήποτε στον κόσμο. Αυτό έδειξε ότι το διαμάντι προήλθε σίγουρα από ένα συνηθισμένο κομμάτι του μανδύα της Γης. «Σε αυτή τη μελέτη, δείξαμε ότι η ζώνη μετάβασης δεν είναι ένα ξηρό σφουγγάρι, αλλά περιέχει μεγάλες ποσότητες νερού», λέει ο Brinker, προσθέτοντας, «Αυτό μας φέρνει επίσης ένα βήμα πιο κοντά στην ιδέα του Ιουλίου Βερν για έναν ωκεανό μέσα στη Γη. Η διαφορά είναι ότι δεν υπάρχει ωκεανός. Υπάρχουν, αλλά υπάρχουν υδαρείς βράχοι που, σύμφωνα με τον Brinker, δεν θα αισθάνονται ούτε υγροί ούτε στάζουν.

Ο υδατώδης ringwoodite ανακαλύφθηκε για πρώτη φορά σε διαμάντια από τη μεταβατική ζώνη ήδη από το 2014. Ο Brinker συμμετείχε επίσης σε αυτή τη μελέτη. Ωστόσο, δεν ήταν δυνατό να προσδιοριστεί η ακριβής χημική σύσταση της πέτρας επειδή ήταν τόσο μικρή. Ως εκ τούτου, παρέμεινε ασαφές πώς ήταν η πρώτη μελέτη του μανδύα γενικά, καθώς η περιεκτικότητα σε νερό αυτού του διαμαντιού θα μπορούσε επίσης να προκληθεί από ένα περίεργο χημικό περιβάλλον. Αντίθετα, τα εγκλείσματα σε διαμάντια 1,5 cm (0,6 in) από την Μποτσουάνα, τα οποία διερεύνησε η ερευνητική ομάδα σε αυτή τη μελέτη, ήταν αρκετά μεγάλα ώστε να επιτρέπουν τον προσδιορισμό της ακριβούς χημικής σύνθεσης και αυτό παρείχε οριστική επιβεβαίωση των προκαταρκτικών ευρημάτων από το 2014.

Η υψηλή περιεκτικότητα σε νερό στη ζώνη μετάβασης έχει εκτεταμένες συνέπειες για τη δυναμική κατάσταση εντός της Γης. Αυτό στο οποίο οδηγεί αυτό μπορεί να φανεί, για παράδειγμα, στα λοφία του καυτού μανδύα που προέρχονται από κάτω, τα οποία κολλάνε στη ζώνη μετάβασης. Εκεί, θερμαίνουν την πλούσια σε νερό ζώνη μετάβασης, η οποία με τη σειρά της οδηγεί στο σχηματισμό νέων, μικρότερων λοφίων μανδύα που απορροφούν το νερό που είναι αποθηκευμένο στη ζώνη μετάβασης.

Εάν τώρα μικρά, πλούσια σε νερό λοφία μανδύα μεταναστεύουν προς τα πάνω και διεισδύουν στο όριο στον άνω μανδύα, συμβαίνει το εξής: το νερό στα λοφία του μανδύα απελευθερώνεται, μειώνοντας το σημείο τήξης του αναδυόμενου υλικού. Έτσι διαλύεται αμέσως και όχι λίγο πριν φτάσει στην επιφάνεια όπως συνήθως. Ως αποτέλεσμα, οι ορεινοί όγκοι σε αυτό το τμήμα του μανδύα της Γης γενικά δεν είναι πλέον συμπαγείς, γεγονός που δίνει στις μαζικές κινήσεις περισσότερο δυναμισμό. Η ζώνη μετάβασης, που λειτουργεί ως εμπόδιο στη δυναμική εκεί, έγινε ξαφνικά κινητήρας παγκόσμιας κυκλοφορίας υλικού.

Αναφορά: «Aquamarine Fragments of Earth’s 660 Mantle Sampled by Diamonds» από τους Tingting Gu, Martha J. Pamato, David Novella, Matteo Alfaro, John Fornelli, Frank E. Brinker, Wei Wang και Fabrizio Nistola, 26 Σεπτεμβρίου 2022, DOI: 10.1038/s41561-022-01024-y