pár set kamínek-velikost diamanty, vytáhl z Brazilského bahna, sedět uvnitř v bezpečí na Northwestern University. Pro některé, mohou být bezcenné. „Jsou otlučeni,“ řekl Steve Jacobsen, mineralog z Northwestern. „Vypadají, jako by prošli pračkou.““Mnoho z nich je tmavých nebo žlutých, daleko od nedotčených drahokamů snů klenotníků.

přesto pro vědce, jako je Jacobsen, jsou tyto fragmenty krystalického uhlíku stejně vzácné-ne pro samotný diamant — ale pro to, co je uvnitř uzamčeno: skvrny minerálů kované stovky kilometrů pod zemí, hluboko v zemském plášti.

tyto minerální skvrny-některé příliš malé na to, aby byly vidět i pod mikroskopem-nabízejí pohled do jinak nedosažitelného interiéru země. V roce 2014 vědci zahlédli něco zakotveného v těchto minerálech, které by, pokud by nebyly pro svůj hluboký původ, nebyly všední: voda.

Není skutečné kapky vody, nebo dokonce molekuly H20, ale jeho složky, atomy vodíku a kyslíku vložené v krystalové struktuře nerostu sám. Tento vodnatý minerál není mokrý. Ale když se roztaví, vylije vodu. Objev byl to první přímý důkaz, že ve vodě bohaté na minerály existují této hluboké, mezi 410 a 660 kilometrů, v oblasti zvané přechodové oblasti, vklíněná mezi horní a dolní části pláště.

od té doby vědci našli více dráždivých důkazů o vodě. V březnu, tým oznámil, že objevili diamanty ze zemského pláště, které mají uvnitř uzavřenou skutečnou vodu. Seismická data také mapovala minerály šetrné k vodě na velké části vnitřku země. Někteří vědci nyní tvrdí, že obrovská nádrž vody by mohla číhat hluboko pod našimi nohama. Pokud vezmeme v úvahu všechny povrchové vody planety jako jeden oceán, a ukázalo se, že v podzemí je dokonce několik oceánů, změnilo by to, jak vědci přemýšlejí o nitru země. Ale také to vyvolává další otázku: kde se to všechno mohlo vzít?

Vodní svět

bez vody by život, jak ho známe, neexistoval. Ani živá, dynamická planeta, kterou dnes známe. Voda hraje nedílnou roli v deskové tektonice, spouští sopky a pomáhá částem horního pláště volně proudit. Přesto je většina pláště relativně suchá. Horní plášť, například, je primárně vyroben z minerálu zvaného olivín, který nemůže ukládat mnoho vody.

ale pod 410 kilometrů, v přechodové zóně, vysoké teploty a tlaky vytlačují olivín do nové krystalové konfigurace zvané wadsleyit. V roce 1987 si Joe Smyth, mineralog na University of Colorado, uvědomil, že krystalová struktura wadsleyitu bude postižena mezerami. Ukázalo se, že tyto mezery jsou perfektní pro atomy vodíku, které by se mohly přitulit k těmto defektům a spojit se s přilehlými atomy kyslíku, které jsou již v minerálu. Wadsleyit, Smyth nalezeno, může potenciálně chytit na hodně vodíku, přeměnit ji na vodnatý minerál, který produkuje vodu, když se roztaví. Pro vědce jako Smyth znamená vodík vodu.

hlouběji v přechodové zóně se wadsleyit stává ringwooditem. A v laboratoři, Jacobsen (který byl Smyth je postgraduální student v roce 1990) by se zmáčknout a tepla kousky ringwoodite napodobit extrémní podmínky přechodu zóny. Vědci dělat podobné experimenty s oběma wadsleyite a ringwoodite zjistil, že v přechodové oblasti, tyto minerály mohli držet 1 až 3 procent své hmotnosti ve vodě. Vzhledem k tomu, že přechod zóny je zhruba 250-km-tlustou skořápku, která představuje asi 7 procent Zemské hmoty (pro srovnání, kůra je jen 1 procento), může obsahovat několik krát vody oceánů na Zemi.

tyto experimenty však pouze měří kapacitu vody. „Není to měření toho, jak je houba mokrá, je to měření toho, kolik houba může držet,“ řekla Wendy Panero, geofyzička na Ohio State University.

Ani experimenty nutně realistické, protože vědci mohli testovat pouze laboratorně pěstované ringwoodite. Kromě několika meteoritů, nikdo nikdy neviděl ringwoodite v přírodě. Tedy do roku 2014.

Vzrušující Stopy

Zatímco fotbalové fanoušky konvergované na Brazílii na Mistrovství Světa 2014, malé skupiny geologů v čele zájmového kolem Juína, město téměř 2000 kilometrů západně od Brasilia. Byli na lovu diamantů, které byly rýžovány z místních řek.

jak se diamanty tvoří v žáru a vysokém tlaku pláště, mohou zachytit kousky minerálů. Protože diamanty jsou tak tvrdé a tuhé, zachovávají tyto minerály pláště, když jsou vypáleny na povrch sopečnými erupcemi.

vědci koupili více než tisíc nejvíce skvrnitých krystalů naplněných minerály. Jeden z vědců, Graham Pearson, vzal několik stovek zpět do své laboratoře na univerzitě v Albertě, kde uvnitř jednoho konkrétního diamantu on a jeho kolegové objevili ringwoodit z přechodové zóny. Nejen to, ale byl to hydratovaný ringwoodite, což znamenalo, že obsahoval vodu-asi 1 procento hmotnosti.

„je to důležitý objev z hlediska věrohodnosti,“ řekl Brandon Schmandt, seismolog z University of New Mexico. Poprvé měli vědci vzorek přechodové zóny — a byla hydratována. „Rozhodně tedy není šílené myslet si, že jsou hydratovány i jiné části přechodové zóny.“

ale dodal: „bylo by také trochu šílené si myslet, že jeden krystal představuje průměr celé přechodové zóny.“Diamanty se koneckonců tvoří pouze za určitých podmínek a tento vzorek může pocházet z jedinečně vodnatého místa.

Chcete vidět, jak rozšířené hydratovaný ringwoodite by mohlo být, Schmandt spojila s Jacobsen a další na mapě pomocí seismických vln. V důsledku konvekce, vodnatý ringwoodite může klesat, a jak klesne pod přechodovou zónu, stoupající tlak vyždímá vodu ven, způsobující roztavení minerálu. Těsně pod přechodovou zónou, kde materiál pláště klesá, tyto bazény roztavených minerálů mohou náhle zpomalit seismické vlny. Měřením seismických rychlostí v Severní Americe to vědci zjistili, vskutku, takové bazény se zdají běžné pod přechodovou zónou. Další studie měřící seismické vlny pod evropskými Alpami našla podobný vzorec.

Bohatá plášť voda dostala ještě další boost v Březnu, kdy tým vedený Oliver Tschauner, mineralog na University of Nevada, Las Vegas, objevil diamanty, které obsahují skutečné kousky vodního ledu — první pozorování volně stávající H2O z pláště. Vzorky by mohly říci více o mokrých podmínkách, které tvořily diamant, než o existenci všudypřítomné nádrže. Ale protože tato voda-vysokotlaká forma zvaná ice-VII – byla nalezena na různých místech v Jižní Africe a Číně, mohlo by se ukázat jako relativně rozšířené.

„za pár let zjistíme, že ice-VII je mnohem častější,“ řekl Steve Shirey, geolog z Carnegie Institution for Science. „Říká nám, že máme stejný příběh, jaký nám říká Hydro ringwoodite.““

ale pokud je příběh, že plášť je plný vody, cliffhanger nás nechává přemýšlet, jak se tam všechno dostalo.

vodnatý původ

podle standardního příběhu byla dovážena zemská voda. Oblast kolem Slunce, kde se planeta vytvořila, byla příliš horká na to, aby těkavé sloučeniny, jako je voda, kondenzovaly. Takže vznikající země začala suchá a Mokrá až poté, co do planety narazila tělesa bohatá na vodu ze vzdálené sluneční soustavy a dodala vodu na povrch. Většina z nich pravděpodobně nebyly komety, ale spíše asteroidy zvané uhlíkaté chondrity, což může být až 20 procent vody hmotnostních, ukládání ve formě vodíku, jako je ringwoodit.

ale pokud je v přechodové zóně obrovská zásoba vody, musel by se tento příběh o původu vody změnit. Pokud by přechodová zóna mohla uložit 1 procento své hmotnosti ve vodě-mírný odhad, řekl Jacobsen-obsahovalo by to dvojnásobek světových oceánů. Spodní plášť je mnohem sušší, ale také objemný. Mohlo by se jednat o všechny světové oceány (opět). V kůře je i voda. Aby subdukce začlenila tolik vody z povrchu současnou rychlostí, trvalo by to mnohem déle, než je věk planety, řekl Jacobsen.

Pokud tomu tak je, alespoň část vnitřní vody země zde musela být vždy. I přes teplo v rané sluneční soustavy, molekuly vody by mohly mít přilepená na prachové částice, které splynuly tvoří Země, podle některých teorií.

přesto je celkové množství vody v plášti velmi nejisté. Na dolním konci může plášť podle Schmandta a dalších pojmout jen polovinu vody než ve světových oceánech.

na horním konci mohl plášť pojmout dvakrát nebo třikrát větší množství vody v oceánech. Pokud tam bylo mnohem víc než to, dodatečné tepelné mladé Země by plášť příliš slzení a výtok z lomu kontinentální desky, a dnes je deskové tektoniky možná nikdy nezačal. „Pokud máte na povrchu spoustu vody, je to skvělé,“ řekl Jun Korenaga, geofyzik na Yale University. „Pokud máte v plášti spoustu vody, není to skvělé.“

ale mnoho nejistot zůstává. Velkým otazníkem je spodní plášť, kde extrémní tlaky mění ringwoodit na bridgmanit, který vůbec neudrží mnoho vody. Nedávné studie však naznačují přítomnost nového voda-ložiska minerálů daboval fáze D fáze a H. Přesně to, co tyto minerály jsou a kolik vody mohou ukládat zůstává otevřenou otázkou, Panero řekl. „Protože se jedná o široce otevřenou otázku, myslím si, že obsah vody v plášti zůstává otevřený pro debatu-dokořán.“

měření vnitřního skladování vody v zemi není snadné. Jedním ze slibných způsobů je měření elektrické vodivosti pláště, řekl Korenaga. Ale tyto techniky ještě nejsou tak pokročilé jako, řekněme, pomocí seismických vln. A zatímco seismické vlny nabízejí globální pohled na vnitřek země, obraz není vždy jasný. Signály jsou jemné, a výzkumníci potřebují přesnější data a lepší pochopení vlastností realističtější plášť materiál, místo toho, aby jen ringwoodite a wadsleyite. Tyto dva minerály tvoří asi 60 procent přechodové zóny, zbytek je složitá směs dalších minerálů a sloučenin.

nalezení více diamantů s hydratovanými minerály by také pomohlo. V Jacobsenově laboratoři, tato práce spadá na postgraduální studentku Michelle Wenzovou. Pro každý diamant používá silné rentgenové záření v Argonne National Laboratory k mapování polohy každé minerální skvrny, kterých může být půl tuctu. Poté, aby identifikovala minerály, vystřelila rentgenové paprsky na každý bit a změřila, jak paprsky rozptylují jeho krystalovou strukturu. Ze stovky diamantů v laboratoři, všechny z Brazílie, prošla asi 60. Zatím žádná voda.

voda nebo ne, řekla, tyto kapsle z hlubin jsou stále úžasné. „Každý z nich je tak jedinečný,“ řekla. „Jsou hodně jako sněhové vločky.“

Oprava: Tento článek byl revidován 11. července 2018, aby opravil typografickou chybu; je to plášť, nikoli oceán, který by mohl pojmout dvakrát nebo třikrát větší množství vody v oceánech.

Napsat komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna.