Επιστήμονες ανακάλυψαν τον «μεγαλύτερο ωκεανό» της Γης στο πιο απρόσμενο μέρος

Σημαντικά στοιχεία στην κατανόηση της διαδικασίας εξέλιξης της Γης, φέρνει στο φως μία νέα επιστημονική μελέτη, καθώς αποκαλύπτει την ύπαρξη τεράστιων και μέχρι σήμερα άγνωστων αποθεμάτων νερού χιλιάδες χιλιόμετρα κάτω από την επιφάνεια του πλανήτη, υποδεικνύοντας ότι το νερό που συγκρατήθηκε κατά την πρώιμη εποχή της Γης, μπορεί να ήταν καθοριστικό για τη μετατροπή του πλανήτη από μια «φλογερή κόλαση» σε έναν κατοικήσιμο κόσμο.

Οι επιστήμονες διαπίστωσαν ότι μεγάλο μέρος του νερού που έκανε τη Γη κατοικήσιμη μπορεί να μην έφτασε ποτέ στην επιφάνεια, καθώς η πρώιμη Γη είχε έναν τρόπο να συγκρατήσει πολύ περισσότερο νερό από ό,τι πιστευόταν μέχρι τώρα, αφού τα πετρώματα στα βάθη της Γης μπορεί να περιείχαν έως και 100 φορές περισσότερο νερό από ό,τι είχε υπολογιστεί προηγουμένως.

Ειδικότερα, μία νέα μελέτη, η οποία δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Science στις 11 Δεκεμβρίου αποκαλύπτει ότι υπό ακραίες συνθήκες ο μπριτζμανίτης, το πρώτο και πιο άφθονο ορυκτό που κρυσταλλώθηκε, αποτελώντας περίπου το 60% του μανδύα της Γης, μπορεί να αποθηκεύσει πολύ περισσότερο νερό από ό,τι πιστευόταν. Εάν αυτό επιβεβαιωθεί, θα σημαίνει ότι η μεγαλύτερη υδάτινη μάζα της Γης δεν είναι ο Ειρηνικός Ωκεανός, αλλά ένας «ωκεανός» που βρίσκεται θαμμένος 1.609,34 χλμ. κάτω από τα πόδια μας.

Ο μπριτζμανίτης σχηματίζεται σε συνθήκες έντονης θερμότητας και πίεσης, όπως στο εσωτερικό του πλανήτη. Στα βαθύτερα σημεία του μανδύα, που εκτείνεται σε βάθος 2.890 χιλιομέτρων κάτω από την επιφάνεια, οι θερμοκρασίες μπορεί να ξεπερνούν τους 4.000 °C και οι πιέσεις να φτάνουν τις 700.000 ατμόσφαιρες.

Έτσι πολύ πριν η επιφάνεια της Γης καλυφθεί κατά τα δύο τρίτα από ωκεανούς, πριν από περίπου 4,4 δισεκατομμύρια χρόνια – κατά την πρώιμη εποχή της Γης, γνωστή ως Καταρχαιοζωικός μεγααιώνας – ο μανδύας άρχισε να σχηματίζεται, καθώς ο ωκεανός μάγματος που κάλυπτε τον πλανήτη ψύχθηκε αργά και κρυσταλλώθηκε για να σχηματίσει στερεά ορυκτά, δημιουργώντας σταδιακά το παχύ στρώμα του μανδύα. Ο μπριτζμανίτης, μπορεί να λειτούργησε σαν σφουγγάρι σε μικροσκοπικό επίπεδο και η ικανότητά του να συγκρατεί νερό καθόρισε άμεσα πόσο νερό μπορούσε να διατηρηθεί από το μάγμα.

Μοντελοποιώντας τη διαδικασία κρυστάλλωσης του «ωκεανού» μάγματος, η ερευνητική ομάδα διαπίστωσε ότι, χάρη στην ισχυρή ικανότητα συγκράτησης νερού από τον μπριτζμανίτη, ο κάτω μανδύας έγινε η μεγαλύτερη δεξαμενή νερού μόλις ο «ωκεανός» μάγματος άρχισε να στερεοποιείται.

Καθώς ο «ωκεανός» μάγματος ψύχθηκε, μερικά μόρια νερού που είχαν διαλυθεί στο λιωμένο πέτρωμα εισχώρησαν στο νεοσχηματισμένο μπριτζμανίτη και κρύφτηκαν στην κρυσταλλική δομή του ορυκτού. Αυτό συμβαίνει ακόμα και σήμερα: το νερό μεταφέρεται στα βάθη της Γης μαζί με τις υποβυθιζόμενες τεκτονικές πλάκες. «Κλειδώνεται» σε ορυκτά όπως ο μπριτζμανίτης για κάποιο χρονικό διάστημα και τελικά επιστρέφει στην επιφάνεια μέσω ηφαιστειακών εκρήξεων.

Το πείραμα των επιστημόνων

Οι ερευνητές από την Κινεζική Ακαδημία Επιστημών της Γκουάνγκτζου και συνεργάτες τους για να καταλήξουν σε αυτό το συμπέρασμα σχεδίασαν ένα πείραμα για την παραγωγή θερμότητας με λέιζερ και πραγματοποίησαν προσομοιώσεις υψηλής πίεσης και θερμοκρασίας για να αποτυπώσουν τις ακραίες συνθήκες στο εσωτερικό του κατώτερου μανδύα της πρώιμης Γης. Χρησιμοποίησαν ένα κελί διαμαντιού που θερμάνθηκε με λέιζερ, φτάνοντας σε θερμοκρασίες άνω των 3.700 Κέλβιν και πιέσεις που ξεπερνούσαν τις 700.000 ατμόσφαιρες, αναπαράγοντας τις συνθήκες στο εσωτερικό του κατώτερου μανδύα κατά τη διάρκεια της στερεοποίησης του πρώιμου «ωκεανού» μάγματος του πλανήτη.

Υπό αυτές τις συνθήκες, ο μπριτζμανίτης σχηματίστηκε νωρίς, καθώς το λιωμένο πέτρωμα κρυσταλλώθηκε. Το νερό δεν παρέμεινε σε υγρή μορφή. Αντ’ αυτού, το υδρογόνο εισχώρησε στην αναπτυσσόμενη κρυσταλλική δομή, συνδέοντας τα άτομα οξυγόνου. Με τη δημιουργία κρυστάλλων και την τήξη υπό υψηλή πίεση, οι επιστήμονες μπόρεσαν να συγκρίνουν άμεσα την ποσότητα νερού που εισήλθε στον μπριτζμανίτη με την ποσότητα που παρέμεινε στο λιωμένο πέτρωμα. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η πρώιμη κρυστάλλωση θα μπορούσε να κρύψει ένα σημαντικό μέρος του νερού της Γης βαθιά κάτω από την επιφάνεια, πριν από την ύπαρξη των ωκεανών.

Τα αποτελέσματα αποκάλυψαν ότι η θερμότητα αύξησε την ικανότητα του μπριτζμανίτη να συγκρατεί νερό — κάτι που, με τη σειρά του, υποδηλώνει ότι το κατώτατο τμήμα του μανδύα συγκρατούσε περισσότερο νερό από τον κάπως πιο δροσερό ανώτερο μανδύα. Προηγούμενες εκτιμήσεις είχαν υποδείξει ότι ο μπριτζμανίτης ήταν σχεδόν ξηρός, συγκρατώντας λιγότερο από 220 μέρη ανά εκατομμύριο νερού κατά βάρος. Αντίθετα, η νέα μελέτη υποδηλώνει ότι υπήρχε ένα σημαντικό βαθύ απόθεμα. Με την πάροδο του χρόνου, σύμφωνα με τους ερευνητές, η ανατάραξη των τεκτονικών πλακών και η ανοδική εκτόξευση μανδυακών πλουμίων (σχηματισμοί νέφους μικροσωματιδίων) συνέβαλαν στην ανακατανομή του νερού, φέρνοντας μεγάλο μέρος του στην επιφάνεια. Ωστόσο, μέρος αυτού του αρχέγονου νερού ενδέχεται να βρίσκεται ακόμα εκεί κάτω.

«Τα ευρήματα… προσθέτουν ένα ακόμα ζωτικό κομμάτι σε ένα περίπλοκο και πολύπλευρο παζλ», ανέφερε ο πετρολόγος Μάικλ Γουόλτερ του Carnegie Science στην Ουάσινγκτον, σε ένα συνοδευτικό σχόλιο στο περιοδικό Science. Η κατανόηση του τρόπου με τον οποίο το νερό ενσωματώθηκε σε αυτά τα αρχαιότερα ορυκτά παρέχει νέες ενδείξεις για τις πρώτες απαρχές του κύκλου του νερού στη Γη, το κλειδί για το πώς κατέστη κατοικήσιμος ο πλανήτης, προσέθεσε.

Ο Ντου Ζιχούε, καθηγητής στο Ινστιτούτο Γεωχημείας του Γκουάνγκτζου, ο οποίος ηγήθηκε της έρευνας, δήλωσε ότι σημαντικές ποσότητες νερού θα μπορούσαν να έχουν «κλειδωθεί» βαθιά μέσα στον μανδύα, καθώς το λιωμένο πέτρωμα ψύχθηκε και κρυσταλλώθηκε σε μια πιο στερεή κατάσταση.

Ο Ντου είπε ακόμα ότι προηγούμενες μελέτες, βασισμένες σε σχετικά χαμηλές θερμοκρασίες, υποδείκνυαν ότι η ικανότητα αποθήκευσης νερού του μπριτζμανίτη ήταν περιορισμένη.

Η ποσότητα νερού που διατηρήθηκε στον πρώιμο στερεό μανδύα μπορεί να ήταν ισοδύναμη με 0,08 έως 1 φορά τον όγκο όλων των σύγχρονων ωκεανών, είπε ακόμα ο Ντου.

Πηγές: Sciencenews, China Daily