Giliai planetos mantijoje paslėptas vanduo ir oksihidroksidai

Įsivaizduokite vandens rezervuarą po jūsų kojomis, ne ežerą ar vandenyną, o vandenį, užrakintą mineralų kristaluose beveik du tūkstančius kilometrų žemiau. Maži vandenilio kiekiai, įsispraudę į tankius, geležimi turinčius mineralus, gali slėpti planetos atsargas, kurių niekada nesitikėjome.

Vanduo nėra tik paviršinės upės ir debesys. Jis suminkština uolienas, suteikia slydimą lėtai mantijos tėkmei ir padeda planetai per geologinį laiką perdirbti šilumą bei lakiuosius elementus. Tai daro giluminį vandenį tyliai veikiančiu tektonikos ir klimato reguliatoriumi. Kaip tas vanduo ten pateko, per planetos formavimąsi ar vėliau atneštas asteroidų, ilgai buvo diskutuojama. Tačiau iki šiol trūko tikėtinų nešiotojų, galinčių išgyventi kankinančią karštį ir milžinišką slėgį mantijos apačioje.

Seismologai užfiksavo paslaptingas itin mažo greičio zonas branduolio ir mantijos sandūroje (apatinė mantija plyti maždaug nuo 660 iki 2900 kilometrų po paviršiumi). Šios anomalijos rodė, kad ten vyksta kas nors neįprasto. Norėdami ištirti, kas galėtų slėptis tokioje ekstremalioje aplinkoje, tyrėjai atkūrė branduolio–mantijos sąlygas naudodami lazeriu kaitinamas deimantines prispaudimo ląsteles: smulkius mėginius sutraiškytus tarp deimantų galų ir apšviestus lazeriais, kad būtų pasiektos tos pačios temperatūros ir slėgiai, randami tūkstančius kilometrų po Žemės plutą.

Slėgio ir temperatūros sąlygos geležinių oksihidroksidų formavimuisi.

Esant tokioms sąlygoms komanda atrado du anksčiau nežinomus geležinius oksihidroksidus — Fe5O12Hx ir Fe7O12Hx — kurie susidaro ir išlieka stabilūs ten, kur daug kitų hidratuotų fazių suyra. Šie mineralai gali užfiksuoti vandenilį net kai pradinės medžiagos turi mažiau nei 0,1 procento vandens, todėl jie yra puikūs kandidatai saugoti vandenį kitaip sausoje giluminėje mantijoje. Jie taip pat yra tankesni už aplinkinę uolieną, o tai reiškia, kad jie galėjo kristalizuotis ankstyvoje Žemės istorijoje ir nusileisti link branduolio–mantijos sandūros vėsinantis pirminiam baziniam magmos vandenynui.

Ar tas vanduo gali likti užkastas amžinai? Nebūtinai. Mantijos cirkuliacija gali pernešti medžiagą aukštyn, o mažėjantis slėgis gali destabilizuoti hidratuotus mineralus, išlaisvindamas vandenilį, kuris gali būti įtrauktas į kitas fazes arba perneštas link paviršiaus plūmų ir ugnikalnių pagalba. Tai suteikia kelią, lėtą, bet realų, giluminiam vandeniui vėl prisijungti prie paviršinio ciklo per milijonus ar milijardus metų.

Tyrimas taip pat padeda paaiškinti ankstesnę laboratorinę mįslę, žinomą kaip H fazė: tai, kas buvo traktuojama kaip keista, sausa didelio slėgio fazė, galėjo būti oksihidroksidas, susiformavęs dėl menkų vandenilio pėdsakų eksperimentuose. Mineralų fizikas Leonid Dubrovinsky ir kiti mokslininkai atkreipė dėmesį, kad nedidelis drėgmės likutis pakanka stabilizuoti šias junginių rūšis, o tai išsprendžia ilgai tęstą neatitikimą tarp eksperimentų ir teorijos.

Klausimų lieka. Kiek vandens šie geležiniai oksihidroksidai iš tikrųjų gali talpinti? Kas jiems nutinka tikslioje branduolio–mantijos sąlyčio zonoje? Per kokius laiko mastus užkastas vanduo gali grįžti į paviršių? Vis dėlto atradimas pasislenka Žemės vandens istoriją giliau ir keisčiau: giluminė mantija gali veikti ne tik kaip negyvas uolienų sluoksnis, bet ir kaip lėtai judantis planetos lakiųjų medžiagų istorijos archyvas.