Jordens mantel rymmer enorma mängder vatten

I en diamant upptäcker forskare bevisen på vatten i jordens inre

Övergångszonen mellan den övre och nedre manteln kan innehålla mer vatten än alla hav tillsammans. Denna grafik visar platsen för övergångszonen och ringwooditens ursprung. © Kathy Mather
läsa högt

Jules Verne hade rätt: det finns en enorm vattenbehållare i jordens inre - dock inte i form av en sjö eller ett hav. Vattnet lagras i berget i övergångsskiktet mellan den övre och nedre manteln. Där finns det dock mer än i alla hav tillsammans, som forskare rapporterar i tidskriften "Nature". Det avgörande beviset för detta upptäckte de i en diamant.

Enligt den populära teorin kunde det jordiska vattnet ha kommit från två källor: vattenrika kometer och asteroider kunde ha tagit med sig något av det från rymden. Men mycket av det sägs komma inifrån jorden: "Källan till vatten i jordens hydrosfär är jordens mantel, " förklarar Graham Pearson vid University of Alberta i Edmonton och hans kollegor. Den övre manteln är emellertid gjord av mineralolivinet, som knappt kan lagra vatten.

Övergångsskikt som vattenbehållare?

Men under, på ett djup av 410 till 660 kilometer, ligger övergångsskiktet till den nedre manteln. Här förorsakar det enorma trycket och värmen olivinet att ändra sin kristallstruktur och bli wadsleyite och ringwoodite mineraler. Och särskilt det senare kunde teoretiskt lagra vatten och därmed representera reservvattnet från urvattnet. Det stora problemet här är att till och med den mest moderna borrningen inte kan tränga in i dessa djup, så forskare var tvungna att använda indirekta mätmetoder, inklusive seismiska vågor, för att ta reda på mer om strukturen i detta övergångsskikt. Fram till nu.

I denna tråkebruna grova diamant fann forskarna den lilla granulan Ringwoodite © University of Alberta

För första gången har forskare nu hittat en liten bit ringved från mantelens djup. Pearson och hans kollegor kom till hjälp av en slump. Forskarna letade faktiskt efter ett annat mineral när de stötte på en iögonfallande, disigbrun minidiamond i området runt diamantgruvorna i Mato Grosso i Brasilien. De bara tre millimeter små, oregelbundet formade bitarna var värdelösa för smycken.

Slumpmässig fynd i den tråkiga diamanten

Men inuti gömde en riktig skatt sig, som en av doktoranderna i teamet upptäckte ett år senare vid en uppföljningsundersökning: i mitten av diamanten fastnade en liten, bara cirka 40 mikron stor, grönaktig kristall, "Det var riktigt bra att vi upptäckte det, " säger Pearson. Forskarna förberedde denna kristallinföring och analyserade den med olika metoder, inklusive laser och infraröd spektroskopi och röntgendiffraktion. display

Analysen avslöjade att det verkligen var ringwoodit - det första som någonsin hittats på jorden. För första gången hade geologerna en bit mineral i sina händer, som var tvungen att komma från mantelens övergångszon från ett djup på mer än 410 kilometer. Under miljoner år hade den lilla varden troligen uppnått vulkanisk aktivitet i högre lager. Någonstans på denna stigning var den innesluten av en diamant som bevarade den till denna dag.

Graham Pearson håller upp diamanten där ringvedet hittades. University of Alberta

Mer vatten än alla hav tillsammans

Men ännu viktigare, som analyserna visade, innehåller ringved faktiskt cirka 1, 5 viktprocent vatten. Men detta innebär också att övergångsskiktet, från vilket detta mineral kommer, måste innehålla minst en procent vatten. Det låter inte som mycket, men om du lägger till det till hela övergångsskiktet, kommer en hel del samman: "Detta jordlager kan innehålla lika mycket vatten som alla hav i världen tillsammans", förklarar Pearson.

Detta mineralprov ger det första direkta beviset på att övergångszonen måste vara rik på vatten åtminstone på platser. "På vissa sätt är det ett hav inne i jorden, som beskrivs av Jules Verne i hans roman Resa till jordens centrum", förklarar Hans Keppler från University of Bayreuth i en bifogad kommentar. "Endast detta hav har inte formen av flytande vatten utan består av OH-grupper på ett ovanligt mineral."

Denna upptäckt har stor betydelse för vår bild av jordens inre men också för många geologiska processer. För vulkanism, plattaktonik och andra processer som gör jorden till en så dynamisk planet påverkas avgörande av huruvida och hur mycket vatten som finns i de olika lagren. Vatten förändrar hur en planet fungerar, förklarar Pearson. Kunskapen om att det finns en hel behållare av detta geologiska smörjmedel på djupet kastar nytt ljus på många geologiska teorier och hypoteser. (Nature, 2014; doi: 10.1038 / nature13080)

(Nature / University of Alberta, 13.03.2014 - NPO)