Пре око 4,6 милијарди година, Земља није личила на миран, плави свет какав данас видимо. Поновљени и снажни удари из свемира одржавали су површину и унутрашњост планете у турбулентном, растопљеном стању. Већи део Земље био је прекривен глобалним океаном магме, са тако екстремним температурама да вода у течном стању није могла да преживи. Млада планета је више личила на ужарену пећ него на место које је могло да подржи океане или живот.
Данас, међутим, океани покривају око 70% Земљине површине. Како је вода успела да издржи прелазак из ове растопљене ране фазе у углавном чврсту планету дуго је збуњивало научнике и покретало деценија истраживања.
Вода скривена дубоко Унутра планета
Недавна студија коју је водио професор Зхикуе Ду са Института за геохемију Гуангџоу Кинеске академије наука (ГИГЦАС) нуди ново објашњење. Тим је открио да су велике количине воде могле бити ускладиштене дубоко у Земљином омотачу док се хладила и кристализовала из растопљене стене.
Њихови резултати, објављени у Наука 11. децембра, мењају начин на који научници размишљају о складиштењу воде дубоко унутар планете. Истраживачи су показали да бриџманит, најзаступљенији минерал у Земљином омотачу, може да функционише као микроскопски „контејнер за воду“. Ова способност је можда омогућила раној Земљи да зароби значајне количине воде испод површине док се планета очвршћава.
Према тиму, овај рани резервоар воде је можда одиграо кључну улогу у трансформацији Земље из непријатељског, ватреног света у свет способан да подржава живот.
Тестирање складиштења воде у екстремним условима
Ранији експерименти су сугерисали да бриџманит може да задржи само мале количине воде. Те студије су, међутим, спроведене на релативно ниским температурама. Да би поново размотрили питање, истраживачи су морали да превазиђу две велике препреке. Требало је да поново створе интензивне притиске и температуре пронађене на више од 660 километара испод површине Земље, а морали су да открију изузетно мале трагове воде у минералним узорцима, неки тањи од једне десетине ширине људске косе и који садрже само неколико стотина делова на милион воде.
Да би се суочио са овим изазовима, тим је изградио систем ћелија дијамантских наковња у комбинацији са ласерским грејањем и снимањем на високој температури. Ово прилагођено подешавање омогућило им је да подигну температуре до ~4.100 °Ц. Репродуковањем услова дубоког плашта и прецизним мерењем равнотежних температура, истраживачи су били у могућности да истраже како топлота утиче на начин на који минерали апсорбују воду.
Напредни алати откривају скривену воду
Користећи напредне аналитичке могућности у ГИГЦАС-у, научници су применили технике укључујући криогену тродимензионалну дифракцију електрона и НаноСИМС. У сарадњи са проф. ЛОНГ Таом са Института за геологију Кинеске академије геолошких наука, они су такође укључили томографију атомске сонде (АПТ).
Заједно, ове методе су деловале као „хемијски ЦТ скенери“ ултра високе резолуције и „масени спектрометри“ за микроскопски свет. Овај приступ је омогућио тиму да мапира како се вода дистрибуира унутар сићушних узорака и потврди да је вода структурно растворена унутар самог бриџманита.
Много влажнији дубоки плашт него што се очекивало
Експерименти су открили да се способност бриџманита да ухвати воду, мерена његовим коефицијентом расподеле воде, нагло расте на вишим температурама. Током најтоплије фазе океана магме на Земљи, новоформирани бриџманит је могао да складишти много више воде него што су научници некада веровали. Овај налаз доводи у питање дугогодишњу претпоставку да је доњи плашт скоро потпуно сув.
Користећи ове резултате, тим је моделирао како се океан магме Земље хладио и кристализовао. Њихове симулације сугеришу да је, пошто је бриџманит тако ефикасно држао воду под екстремном топлотом, доњи омотач постао највећи резервоар воде унутар чврсте Земље након што се океан магме охладио. Модел показује да би овај резервоар могао бити пет до 100 пута већи од ранијих процена, са укупним количинама воде у распону од 0,08 до 1 пута веће запремине данашњих океана.
Како је дубока вода обликовала еволуцију Земље
Ова дубоко ускладиштена вода није једноставно остала заробљена. Уместо тога, деловао је као „мазиво“ за унутрашњи мотор Земље. Смањивањем тачке топљења и вискозитета стена плашта, вода је помогла да се покрене унутрашња циркулација и кретање плоча, дајући планети дугорочну геолошку енергију.
Током великог временског периода, део ове воде је полако враћен на површину кроз вулканску и магматску активност. Овај процес је допринео формирању ране Земљине атмосфере и океана. Истраживачи сугеришу да је ова закопана „водена искра“ можда била одлучујући фактор у претварању Земље из растопљеног пакла у плаву планету погодну за живот какву данас познајемо.
