et par hundre steinstørrelsesdiamanter, plukket fra Brasiliansk gjørme, sitter inne i en safe På Northwestern University. For noen kan de være verdiløse. «De er battered,» sa Steve Jacobsen, en mineralogist På Northwestern. «De ser ut som de har vært gjennom en vaskemaskin.»Mange er mørke eller gule, langt fra de uberørte edelstenene til gullsmeddrømmer.likevel, for forskere som Jacobsen, er disse fragmentene av krystallinsk karbon like verdifulle-ikke for diamanten selv — men for det som er låst inne: flekker av mineraler smidd hundrevis av kilometer under jorden, dypt I jordens mantel.disse mineralflekkene-noen for små til å se selv under et mikroskop-gir En titt inn I Jordens ellers uoppnåelige interiør. I 2014 oppdaget forskere noe innebygd i disse mineralene som, hvis ikke for sin dype opprinnelse, ville vært unremarkable: vann. Ikke faktiske dråper vann, eller til og Med molekyler Av H20, men dets ingredienser, atomer av hydrogen og oksygen innebygd i selve krystallstrukturen av mineralet. Dette hydrousmineralet er ikke vått. Men når det smelter, ut søl vann. Oppdagelsen var det første direkte beviset på at vannrike mineraler eksisterer denne dype, mellom 410 og 660 kilometer ned, i en region kalt overgangssonen, smeltet mellom øvre og nedre mantler.

siden da har forskere funnet mer spennende bevis på vann. I Mars annonserte et lag at de hadde oppdaget diamanter Fra Jordens mantel som har faktisk vann innkapslet inne. Seismiske data har også kartlagt vannvennlige mineraler over en stor del Av Jordens indre. Noen forskere hevder nå at et stort vannreservoar kan lure langt under føttene våre. Hvis vi ser på hele planetens overflatevann som ett hav, og det viser seg å være enda noen få hav under jorden, vil det endre hvordan forskere tenker På Jordens indre. Men det reiser også et annet spørsmål: Hvor kunne det ha kommet fra?

Water World

uten vann ville livet som vi kjenner det ikke eksistere. Det ville heller ikke den levende, dynamiske planeten vi er kjent med i dag. Vann spiller en viktig rolle i platetektonikk, utløser vulkaner og hjelper deler av den øvre mantelen flyte mer fritt. Likevel er det meste av mantelen relativt tørt. Den øvre mantelen, for eksempel, er hovedsakelig laget av et mineral som kalles olivin, som ikke kan lagre mye vann.

men under 410 kilometer, i overgangssonen, klemmer høye temperaturer og trykk olivinet inn i en ny krystallkonfigurasjon kalt wadsleyite. I 1987 innså Joe Smyth, en mineralogist ved University Of Colorado, at wadsleyites krystallstruktur ville bli rammet av hull. Disse hullene viser seg å være perfekte for hydrogenatomer, som kan kose seg i disse feilene og binde seg til de tilstøtende oksygenatomer som allerede er i mineralet. Wadsleyite, Smyth funnet, kan potensielt ta på mye hydrogen, snu den til en hydrous mineral som produserer vann når det smelter. For Forskere som Smyth betyr hydrogen vann.

Dypere i overgangssonen blir wadsleyite ringwoodite. Og i laboratoriet ville Jacobsen (Som Var Smyths kandidatstudent på 1990-tallet) klemme og varme biter av ringwoodite for å etterligne de ekstreme forholdene i overgangssonen. Forskere som gjorde lignende eksperimenter med både wadsleyite og ringwoodite fant at i overgangssonen kunne disse mineralene holde 1 til 3 prosent av vekten i vann. Med tanke på at overgangssonen er et omtrent 250 kilometer tykt skall som står for om lag 7 prosent Av Jordens masse (til sammenligning er skorpen bare 1 prosent), kan den inneholde flere ganger Vannet I Jordens hav.

disse forsøkene måler imidlertid bare vannkapasiteten. «Det er ikke en måling av hvor våt svampen er, det er en måling av hvor mye svampen kan holde,» Sa Wendy Panero, geofysiker Ved Ohio State University.

forsøkene var heller ikke nødvendigvis realistiske, siden forskere bare kunne teste lab-vokst ringwoodite. Bortsett fra noen få meteoritter, hadde ingen noen gang sett ringwoodite i naturen. Det vil si til 2014.

Tantalizing Clues

mens fotballfans konvergerte På Brasil for Vm i 2014, dro en liten gruppe geologer til jordbruksmarkene Rundt Juí, en by nesten 2000 kilometer vest for Brasilia. De var pa jakt etter diamanter som hadde blitt panorert fra lokale elver.som diamanter dannes i varme og høyt trykk i mantelen, kan de fange biter av mineraler. Fordi diamanter er så tøff og stiv, de bevare disse mantelen mineraler som de er sprengt til overflaten via vulkanutbrudd.

forskerne kjøpte mer enn tusen av de mest flekkete, mineralfylte krystallene. En av forskerne, Graham Pearson, tok flere hundre tilbake til laboratoriet ved University Of Alberta, hvor han og hans kolleger oppdaget ringwoodite fra overgangssonen inne i en bestemt diamant. Ikke bare det, men det var hydrous ringwoodite, noe som medførte at det inneholdt vann-ca 1 vektprosent.»Det er en viktig oppdagelse når det gjelder plausibilitet,» sa Brandon Schmandt, en seismolog ved University Of New Mexico. For første gang hadde forskere et utvalg av overgangssonen — og det ble hydrert. «Det er definitivt ikke gal, da, å tenke andre deler av overgangssonen er også hydrert.»

Men, la han til, » det ville også være litt gal å tro at en krystall representerer gjennomsnittet av hele overgangssonen.»Diamanter, tross alt, danner bare under visse forhold, og denne prøven kan komme fra et unikt vannaktig sted.For å se hvor utbredt hydrous ringwoodite kan være, Schmandt sammen Med Jacobsen og andre for å kartlegge den ved hjelp av seismiske bølger. På grunn av konveksjon kan hydrous ringwoodite synke, og når den faller under overgangssonen, øker trykket vann ut og forårsaker at mineralet smelter. Like under overgangssonen hvor mantelmaterialet faller ned, kan disse bassengene av smeltede mineraler plutselig sakte seismiske bølger. Ved å måle seismiske hastigheter under Nord-Amerika, fant forskerne at slike bassenger faktisk virker vanlige under overgangssonen. En annen studie som måler de seismiske bølgene under De Europeiske Alpene, fant et lignende mønster.Rikelig mantelvann fikk enda et løft I Mars da et team ledet Av Oliver Tschauner, mineralogist ved University Of Nevada, Las Vegas, oppdaget diamanter som inneholder faktiske biter av vannis – den første observasjonen av fritt eksisterende H2O fra mantelen. Prøvene kan si mer om de våte forholdene som dannet diamanten enn eksistensen av et allestedsnærværende reservoar. Men fordi dette vannet-en høytrykksform kalt ice-VII – ble funnet på en rekke steder i sør-Afrika og Kina, kan det vise seg å være relativt utbredt.»Et par år fra nå finner vi ice-VII er mye mer vanlig,» sa Steve Shirey, geolog Ved Carnegie Institution for Science. «Det forteller oss at vi har den samme historien som hydrous ringwoodite forteller oss.»

Men hvis historien er at mantelen er full av vann, lar cliffhanger oss lure på hvordan alt kom dit.

Vannaktig Opprinnelse

Ifølge standardfortellingen ble Jordens vann importert. Området rundt solen hvor planeten ble dannet var for varmt til at flyktige forbindelser som vann kunne kondensere. Så den nasende Jorden begynte å tørke, bli våt bare etter at vannrike legemer fra det fjerne solsystemet krasjet inn i planeten og leverte vann til overflaten. De fleste av disse var sannsynligvis ikke kometer, men heller asteroider kalt karbonholdige kondritter, som kan være opptil 20 prosent vann i vekt, og lagrer det i en form for hydrogen som ringwooditt.Men hvis det er et stort lager av vann i overgangssonen, må denne historien om vannets opprinnelse endres. Hvis overgangssonen kunne lagre 1 prosent av vekten i vann — et moderat estimat, Sa Jacobsen — det ville inneholde to ganger verdenshavene. Den nedre mantelen er mye tørrere, men også voluminøs. Det kan utgjøre alle verdenshavene (igjen). Det er vann i skorpen også. For subduksjon å innlemme så mye vann fra overflaten med dagens hastighet, ville det ta mye lengre tid enn planetens alder, Sa Jacobsen.

hvis det er tilfelle, må i det minste Noe Av Jordens indre vann alltid ha vært her. Til tross for varmen i det tidlige solsystemet, kan vannmolekyler ha sittende fast i støvpartiklene som samles for Å danne Jorden, ifølge noen teorier.

likevel er den totale mengden vann i mantelen en svært usikker figur. I den lave enden kan mantelen bare holde halvparten så mye vann som i verdenshavene, ifølge Schmandt og andre.

på den høye enden kan mantelen holde to eller tre ganger mengden vann i havene. Hvis det var mye mer enn det, ville den ekstra varmen til den yngre Jorden ha gjort mantelen for vannaktig og rennende for å bryte de kontinentale platene, og dagens platetektonikk kan aldri ha blitt startet. «Hvis du har en haug med vann i overflaten, er det flott,» Sa Jun Korenaga, geofysiker Ved Yale University. «Hvis du har en haug med vann i mantelen, er det ikke bra .»

men mange usikkerheter forblir. Et stort spørsmålstegn er den nedre mantelen, hvor ekstreme trykk gjør ringwooditt til bridgmanitt, som ikke kan holde mye vann i det hele tatt. Nylige studier tyder imidlertid på tilstedeværelsen av nye vannbærende mineraler kalt fase D og fase H. Nøyaktig hva disse mineralene er og hvor mye vann De kan lagre, er fortsatt et åpent spørsmål, Sa Panero. «Fordi det er et bredt åpent spørsmål, tror jeg at vanninnholdet i mantelen forblir åpent for debatt-bredt åpent.»

Det Er ikke lett Å Måle Jordens indre vannlagring. En lovende måte er å måle elektrisk ledningsevne av mantelen, Sa Korenaga. Men disse teknikkene er ennå ikke så avanserte som, si, ved hjelp av seismiske bølger. Og mens seismiske bølger gir et globalt syn På Jordens indre, er bildet ikke alltid klart. Signalene er subtile, og forskere trenger mer presise data og en bedre forståelse av egenskapene til mer realistisk mantelmateriale, i stedet for bare ringwoodite og wadsleyite. Disse to mineralene utgjør omtrent 60 prosent av overgangssonen, resten er en kompleks blanding av andre mineraler og forbindelser.

Å Finne flere diamanter med hydrous mineraler ville også hjelpe. I Jacobsens laboratorium faller jobben Til kandidatstudenten Michelle Wenz. For hver diamant bruker hun kraftige Røntgenstråler Ved Argonne National Laboratory for å kartlegge plasseringen av hvert mineralspeck, hvorav det kan være et halvt dusin. Så, for å identifisere mineralene, sprenger Hun Røntgenstråler på hver bit og måler hvordan strålene sprer seg av krystallstrukturen. Av de hundrevis av diamanter i laboratoriet, Alle Fra Brasil, har hun gått gjennom ca 60. Ikke noe vann ennå.

Vann Eller ikke, sa hun, disse kapslene fra dypet er fortsatt fantastiske. «Hver og en er så unik,» sa hun. «De er mye som snøflak.»

Korreksjon: Denne artikkelen ble revidert 11. juli 2018 for å rette opp en typografisk feil; det er mantelen, ikke havet, som kan holde to eller tre ganger mengden vann i havene.

Legg igjen en kommentar

Din e-postadresse vil ikke bli publisert.