Setki kilometrów pod nami istnieje ocean. Do odkrycia doprowadził rzadki rodzaj diamentu
Skorupa ziemska, płaszcz ziemski i... ocean? Do takiego właśnie wniosku doszedł międzynarodowy zespół naukowców, który dzięki analizie rzadkiego rodzaju diamentu odkrył, że setki kilometrów pod nami znajduje się strefa, potencjalnie mogąca zmieścić więcej wody niż oceany na powierzchni Ziemi.
Najgłębszy na Ziemi znany rów oceaniczny - Rów Mariański, ma głębokość około 10 911 m pod poziomem morza. Z kolei najgłębszy odwiert wykonany przez człowieka ma ponad 12 260 m głębokości. Jednak jeżeli zejdziemy kilkaset tysięcy metrów niżej, okaże się, że znajdziemy tam... ocean. Ze względu na niemożność eksploracji tak głębokich warstw płaszcza Ziemi, jego zawartość pozostaje przedmiotem dyskusji.
Kluczowym dowodem jest rzadka odmiana diamentu znaleziona w Afrykańskiej Botswanie, którego analiza chemiczna potwierdziła, że jest on identyczny z kamieniami znalezionymi w płaszczu ziemskim. Międzynarodowy zespół naukowców opisał odkrycie na łamach czasopisma Nature Geoscience.
Drogocenne kamienie kluczem do oceanu
Płaszcz ziemski to warstwa ziemi, która znajduje się pomiędzy skorupą ziemską a jądrem. Płaszcz ziemski ma grubość około 2900 kilometrów. Dzieli się on na cztery strefy: płaszcz górny o głębokości około 400 km, poniżej płaszcza górnego, na głębokości 400-650 km znajduje się strefa przejściowa. Pod strefą przejściową znajduje się płaszcz dolny sięgający do 2890 kilometrów w głąb Ziemi. Ostatnią strefą przed dotarciem do jądra jest tzw. strefa D" o szacowanej głębokości pomiędzy 50 a 200 kilometrów, która bezpośrednio oddziela płaszcz od jądra.
Ogromne ciśnienie panujące w strefie przejściowej sprawia, że oliwkowozielony minerał oliwin (którego szlachetna odmiana znana jest lepiej jako perydot), stanowiący około 70 proc. górnego płaszcza Ziemi, zmienia swoją strukturę krystaliczną. Na górnej granicy strefy przejściowej, (na głębokości około 410 km), przekształca się on w gęstszy wadsleit, z kolei na głębokości 520 km przechodzi następnie metamorfozę w jeszcze twardszy ringwoodyt.
Owe przemiany mineralne znacznie utrudniają ruchy skał zachodzące w płaszczu. Na przykład pióropusze płaszcza - wznoszące się kolumny gorących skał z głębokiego płaszcza - czasami zatrzymują się bezpośrednio pod strefą przejściową. Zatrzymuje się również ruch subdykcyjny płyt w przeciwnym kierunku.
Proces subdukcji polega na zderzeniu się dwóch płyt, z których jedna wsuwa się pod drugą. Płyta wsuwająca się w dół ześlizguje się w głąb płaszcza ziemi. To właśnie fenomen, o którym uczymy sie w szkole: Ziemia jest podzielona na siedem płyt tektonicznych, które "pływają" po powierzchni, wywołując trzęsienia ziemi, gdy ocierają się o siebie, oraz wulkany, gdy oddalają się od siebie lub są zbyt blisko. Co istotne, nowe płyty tworzą się stale, a podczas tego procesu niektóre z nich powoli wsuwają się w głąb ziemi i pozostają tam już na zawsze.
Wraz z zasysaniem płyty w głąb ziemi, do płaszcza przedostają się pozostałe na niej osady, w postaci m.in. wody czy dwutlentku węgla.
"Płyty subdukcyjne często mają trudności z przebiciem się przez całą strefę przejściową. W tej strefie pod Europą znajduje się całe cmentarzysko takich płyt"
wyjaśnia prof. Frank Brenker z Instytutu Nauk Geologicznych Uniwersytetu Goethego we Frankfurcie i jeden z członków zespołu
Diament odkrywa prawdę o wodzie w płaszczu ziemskim
Do tej pory nie było wiadomo, jakie są długoterminowe skutki "zasysania" materiału do strefy przejściowej na jej skład geochemiczny i czy w tej warstwie płaszcza ziemskiego istniały większe ilości wody.
Panujące warunki z pewnością by temu sprzyjały. Gęste minerały wadsleitu i ringwoodytu mogą (w przeciwieństwie do oliwinu na mniejszych głębokościach) przechowywać duże ilości wody. Jak mówią naukowcy, owe możliwości przechowywania wody są tak duże, że strefa przejściowa teoretycznie byłaby w stanie wchłonąć sześciokrotnie więcej wody niż nasze oceany.
Międzynarodowe badanie, dostarczyło odpowiedzi na pytanie, które od lat pobudzało dyskusję w środowiskach naukowych. Zespół badawczy przeanalizował diament z Botswany w Afryce. Drogocenny kamień powstał na głębokości 660 kilometrów, tuż przy styku strefy przejściowej i dolnego płaszcza, gdzie dominującym minerałem jest ringwoodyt. Diamenty pochodzące z tej strefy płaszcza ziemskiego są bardzo rzadkie, nawet wśród rzadkich diamentów o głębokim pochodzeniu, które stanowią zaledwie jeden procent wszystkich znanych diamentów.
Analizy wykazały, że kamień zawiera liczne inkluzje ringwoodytu - które wykazują dużą zawartość wody. Ponadto grupa badawcza była w stanie określić skład chemiczny kamienia.
Skład chemiczny znalezionego diamentu był niemal dokładnie taki sam jak skład każdego kawałka skały płaszczowej odnalezionego na świecie. A ro z kolei dowiodło, że diament zdecydowanie pochodził z normalnego kawałka płaszcza Ziemi.
Ringowodyt przedmiotem zainteresowania już od 8 lat
Ringowoodyt został po raz pierwszy wykryty w diamencie ze strefy przejściowej już w 2014 roku. Nie udało się jednak określić dokładnego składu chemicznego kamienia, ponieważ był on zbyt mały. Pozostawało zatem niejasne, na ile pierwsze badanie było reprezentatywne dla płaszcza, ponieważ zawartość wody w tamtym diamencie mogła również wynikać z egzotycznego środowiska chemicznego.
Natomiast inkluzje w półtoracentymetrowym diamencie z Botswany, który zespół badawczy zbadał w obecnym badaniu, były wystarczająco duże, aby umożliwić określenie dokładnego składu chemicznego, a to dostarczyło ostatecznego potwierdzenia wstępnych wyników z 2014 r.
