Foto: AI/ScienceDaily.com

Úvod do tajemství vodní zásobárny

Když byla Země roztaveným peklem, voda mohla být bezpečně uzamčena pod zemí, místo aby byla ztracena do vesmíru. Vědci objevili, že bridgmanit hluboko v plášti může uchovávat mnohem více vody při vysokých teplotách, než se dříve věřilo. Během ochlazování Země by tato skrytá rezervoár mohla obsahovat objemy vody srovnatelné s dnešními oceány. Postupem času tato zakopaná voda pomohla pohánět geologii a obnovit povrchové prostředí planety.

Autor původního článku: Chinese Academy of Sciences Headquarters

Voda ukrytá hluboko uvnitř planety

Před 4,6 miliardami let Země vypadala úplně jinak než klidný, modrý svět, který vidíme dnes. Opakované a silné dopady z vesmíru udržovaly povrch a vnitřek planety v turbulentním, roztaveném stavu. Mnoho z povrchu Země bylo pokryto globálním oceánem magmatu, s teplotami tak extrémními, že tekutá voda nemohla přežít. Mladá planeta se více podobala planoucí peci než místu schopnému podporovat oceány nebo život.

Dnes však oceány pokrývají asi 70 % povrchu Země. Jak se voda podařilo přežít přechod z této roztavené rané fáze na převážně pevnou planetu, dlouho mátlo vědce a pohánělo desetiletí výzkumu.

Nový pohled na uchovávání vody

Nedávná studie vedená profesorem Zhixue Du z Guangzhou Institute of Geochemistry Čínské akademie věd (GIGCAS) nabízí nové vysvětlení. Tým zjistil, že velké množství vody mohlo být uloženo hluboko v zemském plášti, když se ochlazoval a krystalizoval z roztavené horniny. Jejich výsledky, publikované v časopise Science 11. prosince, mění způsob, jakým vědci přemýšlejí o uchovávání vody hluboko uvnitř planety.

Vědci ukázali, že bridgmanit, nejhojnější minerál v zemském plášti, může fungovat jako mikroskopická „vodní nádoba“. Tato schopnost mohla umožnit rané Zemi zachytit významné množství vody pod povrchem, když se planeta zpevnila. Podle týmu mohl tento raný rezervoár vody hrát klíčovou roli v transformaci Země z nepřátelského, ohnivého světa na svět schopný podporovat život.

Testování uchovávání vody za extrémních podmínek

Předchozí experimenty naznačovaly, že bridgmanit mohl uchovávat pouze malé množství vody. Tyto studie však byly provedeny při relativně nízkých teplotách. Aby se otázka znovu prozkoumala, museli vědci překonat dvě hlavní překážky. Potřebovali znovu vytvořit intenzivní tlaky a teploty nalezené více než 660 kilometrů pod povrchem Země a museli detekovat extrémně malé stopy vody v minerálních vzorcích, některé tenčí než jedna desetina šířky lidského vlasu a obsahující pouze několik stovek částic na milion vody.

Pro splnění těchto výzev tým postavil diamantový kovadlinový systém kombinovaný s laserovým ohřevem a vysokoteplotním zobrazováním. Toto speciálně navržené zařízení jim umožnilo dosáhnout teplot až ~4 100 °C. Reprodukováním podmínek hlubokého pláště a přesným měřením rovnovážných teplot byli vědci schopni zkoumat, jak teplo ovlivňuje způsob, jakým minerály absorbují vodu.

Pokročilé nástroje odhalují skrytou vodu

Použitím pokročilých analytických zařízení v GIGCAS vědci aplikovali techniky včetně kryogenní trojrozměrné elektronové difrakce a NanoSIMS. Spolu s profesorem LONG Tao z Institute of Geology of the Chinese Academy of Geological Sciences také začlenili atomovou sondovou tomografii (APT). Tyto metody společně fungovaly jako ultra-vysokorozlišovací „chemické CT skenery“ a „hmotnostní spektrometry“ pro mikroskopický svět. Tento přístup umožnil týmu mapovat, jak je voda distribuována uvnitř malých vzorků a potvrdit, že voda je strukturálně rozpuštěna přímo v bridgmanitu.

Mnohem vlhčí hluboký plášť, než se očekávalo

Experimenty odhalily, že schopnost bridgmanitu zachytit vodu, měřená jeho koeficientem rozdělení vody, se při vyšších teplotách prudce zvyšuje. Během nejžhavější fáze magmatického oceánu Země mohl nově vytvořený bridgmanit uchovávat mnohem více vody, než vědci dříve věřili. Tento objev zpochybňuje dlouhodobý předpoklad, že dolní plášť je téměř úplně suchý.

Použitím těchto výsledků tým modeloval, jak se magmatický oceán Země ochlazoval a krystalizoval. Jejich simulace naznačují, že protože bridgmanit uchovával vodu tak efektivně při extrémním teple, dolní plášť se stal největším vodním rezervoárem uvnitř pevné Země po ochlazení magmatického oceánu. Model naznačuje, že tento rezervoár by mohl být pět až 100krát větší než dřívější odhady, s celkovými množstvími vody v rozmezí od 0,08 do 1 násobku objemu dnešních oceánů.

Jak hluboko uložená voda formovala evoluci Země

Tato hluboko uložená voda nezůstala jen uvězněná. Místo toho působila jako „mazivo“ pro vnitřní motor Země. Snížením bodu tání a viskozity plášťových hornin voda pomohla pohánět vnitřní cirkulaci a pohyb desek, což planetě poskytlo dlouhodobou geologickou energii. Během obrovských časových úseků byla část této vody pomalu vracena na povrch prostřednictvím sopečné a magmatické aktivity. Tento proces přispěl k formování rané atmosféry a oceánů Země. Vědci naznačují, že tento zakopaný „záblesk vody“ mohl být rozhodujícím faktorem při přeměně Země z roztaveného pekla na modrou, životu přátelskou planetu, kterou známe dnes.