câteva sute de diamante de dimensiuni de pietricele, smulse din noroi Brazilian, stau în interiorul unui seif de la Universitatea Northwestern. Pentru unii, ele ar putea fi lipsite de valoare. „Sunt bătuți”, a spus Steve Jacobsen, mineralog la Northwestern. „Se pare că au trecut printr-o mașină de spălat.”Multe sunt întunecate sau galbene, departe de pietrele prețioase ale viselor bijutierilor.

cu toate acestea, pentru cercetători precum Jacobsen, aceste fragmente de carbon cristalin sunt la fel de prețioase — nu pentru diamant în sine, ci pentru ceea ce este blocat în interior: urme de minerale forjate la sute de kilometri sub pământ, adânc în mantaua Pământului.

aceste pete minerale — unele prea mici pentru a fi văzute chiar și la microscop — oferă o privire în interiorul altfel inaccesibil al Pământului. În 2014, cercetătorii au văzut ceva încorporat în aceste minerale care, dacă nu pentru originile sale profunde, ar fi fost de neimaginat: apa.

Nu picături reale de apă sau chiar molecule de H20, ci ingredientele sale, atomii de hidrogen și oxigen încorporați în structura cristalină a mineralului în sine. Acest mineral hidros nu este umed. Dar când se topește, se varsă apă. Descoperirea a fost prima dovadă directă că mineralele bogate în apă există atât de adânc, între 410 și 660 de kilometri în jos, într-o regiune numită zona de tranziție, așezată între mantalele superioare și inferioare.

de atunci, oamenii de știință au găsit mai multe dovezi tentante ale apei. În martie, o echipă a anunțat că a descoperit diamante din mantaua Pământului care au apă reală învelită în interior. Datele seismice au cartografiat, de asemenea, minerale prietenoase cu apa pe o mare parte din interiorul Pământului. Unii oameni de știință susțin acum că un rezervor imens de apă ar putea fi ascuns mult sub picioarele noastre. Dacă luăm în considerare toate apele de suprafață ale planetei ca un singur ocean, și se dovedesc a fi chiar și câteva oceane subterane, ar schimba modul în care oamenii de știință gândesc la interiorul Pământului. Dar ridică și o altă întrebare: de unde ar fi putut veni toate?

lumea apei

fără apă, viața așa cum o știm nu ar exista. Nici planeta vie și dinamică pe care o cunoaștem astăzi. Apa joacă un rol esențial în tectonica plăcilor, declanșând vulcani și ajutând părți ale mantalei superioare să curgă mai liber. Totuși, cea mai mare parte a mantalei este relativ uscată. Mantaua superioară, de exemplu, este făcută în primul rând dintr-un mineral numit olivină, care nu poate stoca multă apă.

dar sub 410 kilometri, în zona de tranziție, temperaturile și presiunile ridicate strâng olivina într-o nouă configurație de cristal numită wadsleyite. În 1987, Joe Smyth, mineralog la Universitatea din Colorado, și-a dat seama că structura cristalină a wadsleyitei va fi afectată de lacune. Aceste lacune se dovedesc a fi perfecte pentru atomii de hidrogen, care ar putea să se strecoare în aceste defecte și să se lege cu atomii de oxigen adiacenți deja în mineral. Wadsleyite, Smyth găsit, poate apuca potențial pe o mulțime de hidrogen, transformându-l într-un mineral hidros care produce apă atunci când se topește. Pentru oamenii de știință precum Smyth, hidrogenul înseamnă apă.

Mai adânc în zona de tranziție, wadsleyite devine ringwoodite. Și în laborator, Jacobsen (care a fost studentul absolvent al lui Smyth în anii 1990) ar stoarce și încălzi bucăți de lemn de inel pentru a imita condițiile extreme ale zonei de tranziție. Cercetătorii care fac experimente similare atât cu wadsleyite, cât și cu ringwoodite au descoperit că în zona de tranziție, aceste minerale ar putea deține 1 până la 3% din greutatea lor în apă. Având în vedere că zona de tranziție este o coajă de aproximativ 250 de kilometri grosime, care reprezintă aproximativ 7% din masa Pământului (prin comparație, crusta este de numai 1%), ar putea conține de mai multe ori apa oceanelor Pământului.

cu toate acestea, aceste experimente măsoară doar capacitatea apei. „Nu este o măsură a cât de umed este buretele, este o măsură a cât de mult poate ține buretele”, a spus Wendy Panero, geofizician la Universitatea de Stat din Ohio.

nici experimentele nu au fost neapărat realiste, deoarece cercetătorii au putut testa doar ringwooditul cultivat în laborator. În afară de câțiva meteoriți, nimeni nu a văzut vreodată ringwoodite în natură. Adică până în 2014.

indicii ispititoare

în timp ce fanii fotbalului convergeau spre Brazilia pentru Cupa Mondială din 2014, un mic grup de geologi s-au îndreptat spre terenurile agricole din jurul orașului Ju Eccentna, un oraș aflat la aproape 2.000 de kilometri vest de Brasilia. Ei au fost la vânătoare pentru diamante care au fost panned din râurile locale.pe măsură ce diamantele se formează în căldura și presiunea ridicată a mantalei, ele pot prinde bucăți de minerale. Deoarece diamantele sunt atât de dure și rigide, ele păstrează aceste minerale din manta pe măsură ce sunt aruncate la suprafață prin erupții vulcanice.

cercetatorii au cumparat mai mult de o mie de cristale pline de minerale. Unul dintre oamenii de știință, Graham Pearson, a dus câteva sute înapoi la laboratorul său de la Universitatea din Alberta, unde, în interiorul unui anumit diamant, el și colegii săi au descoperit ringwooditul din zona de tranziție. Nu numai asta, dar era ringwoodit hidros, ceea ce însemna că conținea apă — aproximativ 1% din greutate.”este o descoperire importantă din punct de vedere al plauzibilității”, a declarat Brandon Schmandt, seismolog la Universitatea din New Mexico. Pentru prima dată, oamenii de știință au avut un eșantion din zona de tranziție — și a fost hidratat. „Cu siguranță nu este o nebunie, atunci, să crezi că și alte părți ale zonei de tranziție sunt hidratate.”

dar, a adăugat el, ” ar fi, de asemenea, un pic nebun să credem că un cristal reprezintă media întregii zone de tranziție.”Diamantele, la urma urmei, se formează numai în anumite condiții, iar această probă ar putea proveni dintr-un loc unic de apă.pentru a vedea cât de răspândit ar putea fi ringwooditul hidros, Schmandt a făcut echipă cu Jacobsen și alții pentru a-l cartografia folosind unde seismice. Datorită convecției, ringwooditul hidros se poate scufunda și, pe măsură ce scade sub zona de tranziție, presiunea în creștere stoarce apa, provocând topirea mineralului. Chiar sub zona de tranziție în care materialul mantalei coboară, aceste bazine de minerale topite pot încetini brusc undele seismice. Prin măsurarea vitezei seismice sub America de Nord, cercetătorii au descoperit că, într-adevăr, astfel de bazine par comune sub zona de tranziție. Un alt studiu care măsoară undele seismice din Alpii europeni a găsit un model similar.apa abundentă din manta a primit încă un impuls în martie, când o echipă condusă de Oliver Tschauner, mineralog la Universitatea din Nevada, Las Vegas, a descoperit diamante care conțin bucăți reale de gheață — prima observație a H2O liber existent din manta. Probele ar putea spune mai multe despre condițiile umede care au format diamantul decât existența oricărui rezervor omniprezent. Dar, deoarece această apă-o formă de înaltă presiune numită gheață-VII-a fost găsită într-o varietate de locații din sudul Africii și China, s-ar putea dovedi a fi relativ răspândită.

„peste câțiva ani, vom descoperi că ice-VII este mult mai comună”, a spus Steve Shirey, geolog la Carnegie Institution for Science. „Ne spune că avem aceeași poveste pe care ne-o spune hydrous ringwoodite.”

dar dacă povestea este că mantaua este plină de apă, cliffhanger ne lasă să ne întrebăm cum a ajuns totul acolo.

origini apoase

conform poveștii standard, apa Pământului a fost importată. Regiunea din jurul Soarelui în care s-a format planeta era prea fierbinte pentru ca compușii volatili precum apa să se condenseze. Așa că pământul născut a început să se usuce, udându-se numai după ce corpurile bogate în apă din sistemul solar îndepărtat s-au prăbușit pe planetă, livrând apă la suprafață. Cele mai multe dintre acestea nu au fost comete, ci mai degrabă asteroizi numiți condriți carbonici, care pot fi până la 20% apă în greutate, stocându-l într-o formă de hidrogen precum ringwooditul.

dar dacă există un stoc uriaș de apă în zona de tranziție, această poveste a originii apei ar trebui să se schimbe. Dacă zona de tranziție ar putea stoca 1% din greutatea sa în apă — o estimare moderată, a spus Jacobsen — ar conține de două ori oceanele lumii. Mantaua inferioară este mult mai uscată, dar și voluminoasă. S-ar putea ridica la toate oceanele lumii (din nou). E și apă în crustă. Pentru ca subducția să încorporeze atât de multă apă de la suprafață la rata actuală, ar dura mult mai mult decât vârsta planetei, a spus Jacobsen.

dacă acesta este cazul, cel puțin o parte din apa interioară a Pământului trebuie să fi fost întotdeauna aici. În ciuda căldurii din Sistemul solar timpuriu, moleculele de apă s-ar fi putut lipi de particulele de praf care s-au unit pentru a forma pământul, potrivit unor teorii.cu toate acestea, cantitatea totală de apă din manta este o cifră extrem de incertă. La capătul inferior, mantaua ar putea conține doar jumătate din cantitatea de apă ca în oceanele lumii, potrivit lui Schmandt și alții.

la capătul înalt, mantaua ar putea deține de două sau trei ori cantitatea de apă din oceane. Dacă ar fi fost mult mai mult decât atât, căldura suplimentară a Pământului mai tânăr ar fi făcut mantaua prea apoasă și curgătoare pentru a fractura plăcile continentale, iar tectonica plăcilor de astăzi nu ar fi putut începe niciodată. „Dacă aveți o grămadă de apă la suprafață, este minunat”, a spus Jun Korenaga, geofizician la Universitatea Yale. „Dacă aveți o grămadă de apă în manta, nu este grozav.”

dar multe incertitudini rămân. Un mare semn de întrebare este mantaua inferioară, unde presiunile extreme transformă ringwooditul în bridgmanit, care nu poate reține prea multă apă. Cu toate acestea, studii recente sugerează prezența unor noi minerale purtătoare de apă denumite faza D și faza H. exact cum sunt aceste minerale și câtă apă ar putea stoca rămâne o întrebare deschisă, a spus Panero. „Deoarece este o întrebare larg deschisă, cred că conținutul de apă din manta rămâne deschis dezbaterii — larg deschis.”

măsurarea stocării interioare a apei Pământului nu este ușoară. O modalitate promițătoare este măsurarea conductivității electrice a mantalei, a spus Korenaga. Dar aceste tehnici nu sunt încă la fel de avansate ca, să zicem, utilizarea undelor seismice. Și în timp ce undele seismice oferă o vedere globală a interiorului Pământului, imaginea nu este întotdeauna clară. Semnalele sunt subtile, iar cercetătorii au nevoie de date mai precise și de o mai bună înțelegere a proprietăților materialului de manta mai realist, în loc de doar ringwoodite și wadsleyite. Aceste două minerale constituie aproximativ 60% din zona de tranziție, restul fiind un amestec complex de alte minerale și compuși.

găsirea mai multor diamante cu minerale hidrice ar ajuta, de asemenea. În laboratorul lui Jacobsen, slujba îi revine studentei Michelle Wenz. Pentru fiecare diamant, ea folosește raze X puternice la Laboratorul Național Argonne pentru a cartografia locația fiecărei pete minerale, dintre care pot exista o jumătate de duzină. Apoi, pentru a identifica mineralele, ea aruncă raze X pe fiecare bit și măsoară modul în care razele se împrăștie de pe structura sa cristalină. Din sutele de diamante din laborator, toate din Brazilia, ea a trecut prin aproximativ 60. Încă nu avem apă.

apă sau nu, a spus ea, aceste capsule din adâncime sunt încă uimitoare. „Fiecare este atât de unic”, a spus ea. „Seamănă mult cu fulgii de zăpadă.”

corecție: Acest articol a fost revizuit pe 11 iulie 2018, pentru a corecta o eroare tipografică; mantaua, nu oceanul, ar putea deține de două sau trei ori cantitatea de apă din oceane.

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată.