En vandtapen gemmer sig måske mere end 400 kilometer under dine fødder.
Det er her Jordens mantel møder skorpen. Geovidenskabsmænd havde længe troet, at under denne overgangszone (startende på 255 miles, eller 410 km, dyb) var et vandfyldt mineral kaldet brucite ustabilt og så dekomponeret og sendte vandmolekyler, der flydede mod planetens overflade.
Men ny forskning antyder, at inden brucit - som er 50 procent magnesiumoxid og 50 procent vand - nedbrydes, omdannes det til en anden, mere stabil 3D-struktur. Fundet, der er detaljeret online 21. november i tidsskriftet Proceedings of the National Academy of Sciences, betyder, at der er en stash af vand placeret dybere i Jorden, end man tidligere havde troet.
"var ikke helt forventet," sagde medforfatter Andreas Hermann, underviser i computerfysik ved University of Edinburgh i Skotland. "fordi folk har studeret dette materiale i årtier, og ingen har nogensinde tænkt på at se, om der ville være en anden fase, før det til sidst faldt fra hinanden."
Undersøgelse af dyb jord
Forskere troede tidligere, at brucite kun forblev stabil så langt som overgangszonen, et 250 km dybt (250 km) lag lige under den øvre mantel. Til dels informerede mineralens struktur om dette synspunkt. Brucite er et lagdelt materiale, hvor molekylerne i hvert lag er stærkt bundet til hinanden, men svagt forbundet med andre lag. Et materiale som dette, hvis det klemmes med tilstrækkeligt pres, skal gennemgå en slags ændring. Forskere antog tidligere, at som svar på overgangszonetrykket, der når omkring 200.000 atmosfærer, brucite ville smuldre. (En atmosfære er omtrent er trykket ved havets overflade).
Hermann og hans medforfatter, Mainak Mookherjee, professor i geologi ved Florida State University, kunne ikke undersøge den dybe jord direkte, og analyserede forskellige mulige strukturer for brucit under dybe jordforhold.
"Dette er big-data computing," sagde Hermann. "Vi skaber tusinder af strukturer, optimerer dem alle og foretager beregninger nøjagtige nok til, at hvis noget fremstår som mere stabilt end noget andet, kan vi pålideligt sige, at det er sådan."
Brucite er et godt studeret og relativt simpelt mineral. Alligevel sagde Hermann, at nøglen til de nye beregninger var at ignorere de eksisterende antagelser om brucite. Efter flere måneders kørsel af forskellige strukturer gennem deres computerprogram fandt forskerne en tidligere ukendt fase af brucit, der ville være i stand til at modstå det høje tryk, der findes i den nedre mantel.
Selv med denne nye fase af brucit er forskere stadig ikke i stand til direkte at måle mængden af stoffet i mantlen eller hvor meget vand mineralet rummer. Hermann og Mookherjee udarbejdede imidlertid de elastiske egenskaber ved den nye fase af brucit. Ved at vide dette, sagde Hermann, kan seismologer muligvis registrere, hvor meget brucite der er i mantlen, fordi underskrifterne af jordskælv er forskellige afhængigt af elasticiteten af den klippe, gennem hvilken de rejser.
Hvorfor brucite betyder noget
Aktuelle skøn antyder, at den dybe jord kan indeholde lige så meget vand som alle verdenshavene på planetens overflade tilsammen. Dette vandmagasin, og den ekstra trove-brucit kan også indeholde, er meget vigtigt for materialernes bevægelse gennem Jorden. Når vandholdige mineraler bevæger sig ned gennem jordens lag, nedbrydes materialerne til sidst og frigiver vandet, der kører tilbage til overfladen, ofte gennem vulkansk aktivitet.
Vand er vigtigt for genanvendelse af mineraler gennem vulkanisme og pladetektonik, fordi det giver den smøring, der er nødvendig for, at de forskellige klippematerialer kan bevæge sig forbi hinanden, som forekommer i subduktionszoner. Det hjælper også nogle materialer med at opløses, når de bevæger sig gennem klippecyklussen. Uden vand, sagde Hermann, ville planeten komme til en geologisk stilstand. Dette betyder ingen ny skorpe eller jord og stop i vulkanismen; disse ændringer kan have katastrofale virkninger på planetens land og atmosfære.
Bortset fra potentielt ændrede forskeres forståelse af vandmagasiner langt under jordoverfladen, sagde Hermann, at denne forskning mister en ny måde at tænke på den dybe jord generelt. Forskerne ville ikke have fundet denne nye fase, hvis de havde begunstiget den accepterede version, sagde han.
