Една пътека вода може да се крие на повече от 250 мили (400 километра) под краката ви.
Именно там мантията на Земята среща кора. Геолозите дълго мислили, че под тази преходна зона (започваща на 255 мили или дълбочина 410 км) минералът, напълнен с вода, наречен бруцит, е нестабилен и така се разлага, изпращайки водни молекули, които текат към повърхността на планетата.
Но новите изследвания предполагат, че преди бруцитът - който е 50 процента магнезиев оксид и 50 процента вода - да се разложи, той се трансформира в друга, по-стабилна 3D структура. Находката, подробно онлайн на 21 ноември в списанието Proceedings of the National Academy of Sciences, означава, че има скривалище на вода, разположено по-дълбоко в Земята, отколкото се смяташе досега.
„не беше напълно очаквано“, казва съавторът на изследването Андреас Херман, преподавател по изчислителна физика в Университета в Единбург в Шотландия. „защото хората са изучавали този материал от десетилетия и никой никога не е мислил да търси дали ще има друга фаза, преди той в крайна сметка да се разпадне“.
Пробване на дълбока Земя
Преди това учените вярвали, че бруцитът остава стабилен само до преходната зона, на 155 мили дълбочина (250 км) слой, точно под горната мантия. Отчасти структурата на минерала информира това мнение. Бруцитът е слоест материал, в който молекулите във всеки слой са силно свързани една с друга, но слабо свързани с други слоеве. Материал като този, ако се изстиска с достатъчно налягане, трябва да претърпи някаква промяна. Преди това изследователите предполагаха, че в отговор на налягането в преходната зона, което достига около 200 000 атмосфери, бруцитът ще се разпадне. (Една атмосфера е приблизително налягането на морското равнище).
Неспособни директно да изследват дълбочината на Земята, Херман и неговият съавтор, Mainak Mookherjee, професор по геология в Университета на Флорида, използва квантово-механични изчисления, анализиращи различни възможни структури за бруцит в условия на дълбока земя.
"Това е изчисляване на големи данни", каза Херман. "Ние създаваме хиляди структури, оптимизираме ги всички и правим изчисления достатъчно точни, че ако нещо се открои като по-стабилно от нещо друго, можем надеждно да кажем, че е така."
Бруцитът е добре проучен и сравнително прост минерал. Въпреки това Херман каза, че ключът към новите изчисления е пренебрегването на съществуващите предположения за бруцит. След няколко месеца управление на различни структури чрез компютърната им програма, изследователите откриха неизвестна досега фаза на бруцит, която ще може да издържи на високото налягане, открито в долната мантия.
Дори при тази нова фаза на бруцит, учените все още не са в състояние директно да измерват количеството на веществото в мантията или колко вода задържа минералът. Въпреки това, Hermann и Mookherjee разработиха еластичните свойства на новата фаза на бруцита. Знаейки това, каза Херман, сеизмолозите може да успеят да открият колко бруцит има в мантията, защото подписите на земетресенията се различават въз основа на еластичността на скалата, през която преминават.
Защо бруцитът има значение
Настоящите оценки предполагат, че дълбоката Земя може да задържи толкова вода, колкото всички океани на повърхността на планетата заедно. Този резервоар с вода и допълнителният бруцит може също да имат съществено значение за движението на материалите през Земята. Докато минералите, съдържащи вода, пътуват надолу през земните слоеве, материалите в крайна сметка се разлагат, освобождавайки водата, която се връща обратно към повърхността, често чрез вулканична активност.
Водата е от съществено значение за рециклирането на минерали чрез вулканизма и тектониката на плочите, тъй като осигурява смазването, необходимо за различните скални материали, за да преминат един срещу друг, както се случва в зоните на субдукция. Освен това помага на някои материали да се разтворят като движението през скалния цикъл. Без вода, каза Херман, планетата ще стигне до геологичен застой. Това означава, че няма нова кора или почва и спиране на вулканизма; тези промени биха могли да имат катастрофални последици върху земята и атмосферата на планетата.
Освен потенциално променящото се разбиране на учените за водохранилища далеч под земната повърхност, Херман каза, че това изследване залага нов начин на мислене за дълбоката Земя като цяло. Изследователите нямаше да намерят тази нова фаза, ако бяха подкрепили приетата версия, каза той.
