Το μυστικό θησαυροφυλάκιο νερού κάτω από τα πόδια μας

Οι ωκεανοί της Γης μπορεί να επέζησαν από την πύρινη γέννηση του πλανήτη κρυμμένοι βαθιά στο υπέδαφος μέχρι να είναι έτοιμη η επιφάνεια. Από: AI/ScienceDaily.com.

Πώς η Γη υπέμεινε μια κόλαση σε ολόκληρο τον πλανήτη: Το μυστικό θησαυροφυλάκιο νερού κάτω από τα πόδια μας.

Όταν η Γη ήταν μια λιωμένη κόλαση, το νερό μπορεί να ήταν κλειδωμένο με ασφάλεια στο υπέδαφος αντί να χαθεί στο διάστημα. Οι ερευνητές ανακάλυψαν ότι ο μπριτζμανίτης βαθιά στον μανδύα μπορεί να αποθηκεύει πολύ περισσότερο νερό σε υψηλές θερμοκρασίες από ό,τι πιστευόταν προηγουμένως. Κατά τη διάρκεια της ψύξης της Γης, αυτή η κρυφή δεξαμενή θα μπορούσε να συγκρατεί όγκους νερού συγκρίσιμους με τους σημερινούς ωκεανούς. Με την πάροδο του χρόνου, αυτό το θαμμένο νερό βοήθησε στην προώθηση της γεωλογίας και στην ανοικοδόμηση του επιφανειακού περιβάλλοντος του πλανήτη.

Πριν από περίπου 4,6 δισεκατομμύρια χρόνια, η Γη δεν έμοιαζε καθόλου με τον ήρεμο, γαλάζιο κόσμο που βλέπουμε σήμερα. Επαναλαμβανόμενες και ισχυρές συγκρούσεις από το διάστημα διατήρησαν την επιφάνεια και το εσωτερικό του πλανήτη σε μια ταραγμένη, λιωμένη κατάσταση. Μεγάλο μέρος της Γης ήταν καλυμμένο από έναν παγκόσμιο ωκεανό μάγματος, με θερμοκρασίες τόσο ακραίες που το υγρό νερό δεν μπορούσε να επιβιώσει. Ο νεαρός πλανήτης έμοιαζε περισσότερο με φλεγόμενο καμίνι παρά με ένα μέρος ικανό να υποστηρίξει ωκεανούς ή ζωή.

Σήμερα, ωστόσο, οι ωκεανοί καλύπτουν περίπου το 70% της επιφάνειας της Γης. Το πώς το νερό κατάφερε να αντέξει τη μετάβαση από αυτή τη λιωμένη πρώιμη φάση σε έναν σε μεγάλο βαθμό στερεό πλανήτη προβληματίζει εδώ και καιρό τους επιστήμονες και έχει οδηγήσει σε δεκαετίες έρευνας.

Νερό κρυμμένο βαθιά μέσα στον πλανήτη

Μια πρόσφατη μελέτη με επικεφαλής τον καθηγητή Zhixue Du του Ινστιτούτου Γεωχημείας Guangzhou της Κινεζικής Ακαδημίας Επιστημών (GIGCAS) προσφέρει μια νέα εξήγηση. Η ομάδα διαπίστωσε ότι μεγάλες ποσότητες νερού θα μπορούσαν να έχουν αποθηκευτεί βαθιά μέσα στον μανδύα της Γης καθώς αυτός ψύχεται και κρυσταλλώνεται από το λιωμένο πέτρωμα.

Τα αποτελέσματά τους, που δημοσιεύθηκαν στο Science στις 11 Δεκεμβρίου, αλλάζουν τον τρόπο με τον οποίο οι επιστήμονες αντιλαμβάνονται την αποθήκευση νερού βαθιά μέσα στον πλανήτη. Οι ερευνητές έδειξαν ότι ο μπριτζμανίτης, το πιο άφθονο ορυκτό στον μανδύα της Γης, μπορεί να λειτουργήσει σαν ένα μικροσκοπικό «δοχείο νερού». Αυτή η ικανότητα μπορεί να επέτρεψε στην πρώιμη Γη να παγιδεύσει σημαντικές ποσότητες νερού κάτω από την επιφάνεια καθώς ο πλανήτης στερεοποιούνταν.

Μπριτζμανίτης-bridgmanite: Το πιο άφθονο ορυκτό της Γης.

Σύμφωνα με την ομάδα, αυτή η πρώιμη δεξαμενή νερού μπορεί να έπαιξε καθοριστικό ρόλο στον μετασχηματισμό της Γης από έναν εχθρικό, πύρινο κόσμο σε έναν ικανό να υποστηρίξει ζωή.

Δοκιμή αποθήκευσης νερού υπό ακραίες συνθήκες

Προηγούμενα πειράματα υπέδειξαν ότι ο μπριτζμανίτης μπορούσε να συγκρατήσει μόνο μικρές ποσότητες νερού. Ωστόσο, αυτές οι μελέτες διεξήχθησαν σε σχετικά χαμηλές θερμοκρασίες. Για να επανεξετάσουν το ζήτημα, οι ερευνητές έπρεπε να ξεπεράσουν δύο σημαντικά εμπόδια. Έπρεπε να αναδημιουργήσουν τις έντονες πιέσεις και θερμοκρασίες που βρέθηκαν σε βάθος μεγαλύτερο των 660 χιλιομέτρων κάτω από την επιφάνεια της Γης και έπρεπε να ανιχνεύσουν εξαιρετικά μικρά ίχνη νερού σε δείγματα ορυκτών, μερικά λεπτότερα από το 1/10 του πλάτους μιας ανθρώπινης τρίχας και που περιείχαν μόνο μερικές εκατοντάδες μέρη ανά εκατομμύριο νερό.

Για να αντιμετωπίσει αυτές τις προκλήσεις, η ομάδα κατασκεύασε ένα σύστημα κυψελών από διαμάντι σε συνδυασμό με θέρμανση με λέιζερ και απεικόνιση υψηλής θερμοκρασίας. Αυτή η ειδικά σχεδιασμένη διάταξη τους επέτρεψε να ωθήσουν θερμοκρασίες έως και ~4.100 °C. Αναπαράγοντας συνθήκες βαθέος μανδύα και μετρώντας με ακρίβεια τις θερμοκρασίες ισορροπίας, οι ερευνητές μπόρεσαν να διερευνήσουν πώς η θερμότητα επηρεάζει τον τρόπο με τον οποίο τα ορυκτά απορροφούν το νερό.

Προηγμένα εργαλεία αποκαλύπτουν κρυμμένο νερό

Χρησιμοποιώντας τις προηγμένες αναλυτικές εγκαταστάσεις στο GIGCAS, οι επιστήμονες εφάρμοσαν τεχνικές όπως η κρυογονική τρισδιάστατη περίθλαση ηλεκτρονίων και το NanoSIMS. Σε συνεργασία με τον καθηγητή Long Tao από το Ινστιτούτο Γεωλογίας της Κινεζικής Ακαδημίας Γεωλογικών Επιστημών, ενσωμάτωσαν επίσης την τομογραφία ατομικού ανιχνευτή (APT).

Μαζί, αυτές οι μέθοδοι λειτούργησαν σαν «χημικοί σαρωτές αξονικής τομογραφίας» εξαιρετικά υψηλής ανάλυσης και «φασματόμετρα μάζας» για τον μικροσκοπικό κόσμο. Αυτή η προσέγγιση επέτρεψε στην ομάδα να χαρτογραφήσει τον τρόπο με τον οποίο κατανέμεται το νερό μέσα σε μικροσκοπικά δείγματα και να επιβεβαιώσει ότι το νερό είναι δομικά διαλυμένο μέσα στον ίδιο τον μπριτζμανίτη.

Ένας πολύ πιο υγρός βαθύς μανδύας από τον αναμενόμενο

Τα πειράματα αποκάλυψαν ότι η ικανότητα του μπριτζμανίτη να παγιδεύει νερό, μετρούμενη από τον συντελεστή κατανομής νερού, αυξάνεται απότομα σε υψηλότερες θερμοκρασίες. Κατά τη διάρκεια της πιο καυτής φάσης του μαγματικού ωκεανού της Γης, ο νεοσχηματισμένος μπριτζμανίτης θα μπορούσε να έχει αποθηκεύσει πολύ περισσότερο νερό από ό,τι πίστευαν κάποτε οι επιστήμονες. Αυτό το εύρημα αμφισβητεί τη μακροχρόνια υπόθεση ότι ο κάτω μανδύας είναι σχεδόν εντελώς στεγνός.

Χρησιμοποιώντας αυτά τα αποτελέσματα, η ομάδα μοντελοποίησε τον τρόπο με τον οποίο ψύχθηκε και κρυσταλλώθηκε ο ωκεανός μάγματος της Γης. Οι προσομοιώσεις τους υποδηλώνουν ότι, επειδή ο μπριτζμανίτης συγκρατούσε νερό τόσο αποτελεσματικά υπό ακραία θερμότητα, ο κάτω μανδύας έγινε η μεγαλύτερη δεξαμενή νερού μέσα στη στερεά Γη μετά την ψύξη του ωκεανού μάγματος. Το μοντέλο δείχνει ότι αυτή η δεξαμενή θα μπορούσε να είναι 5 έως 100 φορές μεγαλύτερη από τις προηγούμενες εκτιμήσεις, με τις συνολικές ποσότητες νερού να κυμαίνονται από 0,08 έως 1 φορά τον όγκο των σημερινών ωκεανών.

Πώς τα βαθιά νερά διαμόρφωσαν την εξέλιξη της Γης

Αυτό το βαθιά αποθηκευμένο νερό δεν παρέμεινε απλώς παγιδευμένο. Αντίθετα, λειτούργησε ως «λιπαντικό» για την εσωτερική μηχανή της Γης. Μειώνοντας το σημείο τήξης και το ιξώδες των πετρωμάτων του μανδύα, το νερό βοήθησε στην τόνωση της εσωτερικής κυκλοφορίας και της κίνησης των πλακών, δίνοντας στον πλανήτη μακροπρόθεσμη γεωλογική ενέργεια.

Σε μεγάλα χρονικά διαστήματα, μέρος αυτού του νερού επέστρεψε αργά στην επιφάνεια μέσω ηφαιστειακής και μαγματικής δραστηριότητας. Αυτή η διαδικασία συνέβαλε στον σχηματισμό της πρώιμης ατμόσφαιρας και των ωκεανών της Γης. Οι ερευνητές υποστηρίζουν ότι αυτή η θαμμένη «σπίθα νερού» μπορεί να ήταν ένας καθοριστικός παράγοντας στη μετατροπή της Γης από μια λιωμένη κόλαση στον μπλε, φιλικό προς τη ζωή πλανήτη που γνωρίζουμε σήμερα.

Γεωδίφης με πληροφορίες από τη σελίδα sciencedaily

περισσότερα,

Wenhua Lu, Ya-Nan Yang, Tao Long, Haiyang Xian, Yuan Li, Zhixue Du. Substantial water retained early in Earth’s deep mantle. Science, 2025; 390 (6778): 1177 DOI: 10.1126/science.adx5883

Κεντρικά Γραφεία της Κινεζικής Ακαδημίας Επιστημών

https://www.sciencedaily.com/releases/2025/12/251225080727.htm#google_vignette