Dlaczego woda na Ziemi nie uciekła w kosmos? Odpowiedzią jest bridgmanit
Bridgmanit - najpowszechniejszy minerał płaszcza naszej planety - okazał się zbiornikiem wody. To on mógł uratować wodę Ziemi przed ucieczką w kosmos.
Na młodej Ziemi dominował żar, a nie błękit oceanów. Powierzchnię i wnętrze planety wypełniał rozgrzany do czerwoności ocean magmy, w którym ciekła woda nie miała po prostu szans przetrwać. A jednak miliardy lat później nasza planeta jest pokryta morzami i oceanami. Nowe badania zespołu prof. Du Zhixue pokazują, że odpowiedź kryje się głęboko pod naszymi stopami: w płaszczu Ziemi, w zwyczajnie wyglądającym minerale, który okazał się gigantycznym, ukrytym magazynem wody.
Z piekielnej planety do świata oceanów
Około 4,6 mld lat temu Ziemia była bombardowana przez duże planetoidy i zalana rozległym oceanem magmy. W temperaturach rzędu tysięcy stopni skały się dosłownie topiły, a lekkie cząsteczki wody łatwo uciekały w kosmos. W takim scenariuszu powierzchnia powinna dawno wyschnąć, a mimo to dziś 70 proc. globu pokrywają oceany.
Od lat geofizycy zastanawiali się, czy Ziemia musiała dostać wodę z zewnątrz, czy jednak zdołała coś ocalić z tego piekielnego etapu. Dotychczasowe eksperymenty wskazywały, że głęboki płaszcz jest niemal suchy. Okazuje się jednak, że to właśnie tam mógł skryć się ogromny zapas wody z czasów, gdy powierzchnia była jeszcze płynnym piecem hutniczym.
Bridgmanit – niepozorny minerał, który ukrył wodę
W centrum tej historii stoi bridgmanit, czyli minerał z gromady krzemianów, który dominuje w dolnym płaszczu Ziemi na głębokości kilkuset km. To najobfitszy minerał naszej planety, ale do tej pory uznawano, że może przechowywać tylko śladowe ilości wody. Problem jednak w tym, że wcześniejsze eksperymenty prowadzone były w zbyt niskich temperaturach jak na realia wczesnej Ziemi.
Zespół prof. Du zbudował komórkę diamentową z laserowym dogrzewaniem, dzięki której udało się odtworzyć warunki panujące w dolnym płaszczu, z temperaturą sięgającą około 4 tys. stopni Celsjusza. W takich warunkach krystalizował się ocean magmy młodej Ziemi. W powstałych mikroskopijnych kryształkach bridgmanitu badacze szukali śladów wody z pomocą wyjątkowo czułych technik, pozwalających dosłownie prześwietlać próbki w skali nano.
Wnioski są jednoznaczne – bridgmanit potrafi wbudować w swoją strukturę znacznie więcej wody, niż do tej pory sądzono. Co ważne, jego pojemność rośnie wraz z temperaturą, więc to właśnie w najgorętszej fazie historii Ziemi ten minerał był najbardziej skutecznym magazynem wody.
Ukryty ocean w głębi planety i geologiczny haczyk
Na podstawie nowych danych zespół zasymulował, jak stygnął ocean magmy i jak krystalizował płaszcz Ziemi. Okazało się, że dolny płaszcz mógł stać się największym rezerwuarem wody w stałym wnętrzu planety. Według modeli jego zdolność magazynowania jest od kilku do nawet stu razy większa, niż wynikało z wcześniejszych szacunków. Przekładając to na prostszy obraz: ilość wody uwięzionej w minerałach płaszcza mogła odpowiadać od ułamka do porównywalnej objętości dzisiejszych oceanów. Ta woda zasilała atmosferę i morza.
Woda w płaszczu zmieniała też właściwości skał: obniżała temperaturę topnienia i zmniejszała lepkość. To sprzyjało cyrkulacji płaszcza i pracy płyt tektonicznych. Bez takiego smaru wnętrze Ziemi mogłoby szybciej skostnieć, a powierzchnia przestałaby się odnawiać. Trudno wyobrazić sobie stabilny klimat i życie na planecie z zupełnie martwą tektoniką.
Przeczytaj także:
Haczyk polega jednak na tym, że taki głęboki magazyn wody jest tak naprawdę bezużyteczny, jeśli planeta nie ma sprawnego mechanizmu wymiany między wnętrzem a powierzchnią. Jeśli tektonika słabnie lub zamiera, woda zostaje uwięziona na dobre, a obieg między wnętrzem, oceanami i atmosferą się załamuje. Z perspektywy poszukiwania życia poza Ziemią oznacza to, że sama obecność wody w skałach nie wystarczy. Liczy się także długotrwała dynamika wnętrza.
*Grafika wprowadzająca wygenerowana przez AI
