Ūdens ir būtisks ne tikai dzīvībai uz Zemes, bet arī planētas iekšējai darbībai. Tas palīdz ieeļļot ārkārtīgi lēno Zemes mantijas kustību, padarot iežus pietiekami hidratētus, lai tie varētu plūst un slīdēt cits gar citu. Šis process ir svarīgs tektoniskajam ciklam, kas ilgā ģeoloģiskā laika posmā palīdz regulēt klimatu, kā arī nodrošina iežu un gaistošo savienojumu apriti mantijā.

“Šķidrs ūdens ir Zemes apdzīvojamības galvenā sastāvdaļa,” komentārā par jauno pētījumu raksta ģeozinātnieks Alfrēds Vilsons no Līdsas Universitātes Lielbritānijā. Joprojām nav skaidrs, kā tieši ūdens nonāca uz Zemes un kur tas pašlaik atrodas planētas dziļajā mantijā. Viena no versijām paredz, ka ūdeni atnesuši asteroīdi, bet cita pieļauj, ka tas mantijā nonācis vēlāk.

Ūdens avots līdz pat 2900 kilometru dziļumā

Pētnieki uzskata, ka daļa ūdens varētu atrasties netālu no robežas starp mantiju un šķidro ārējo kodolu. Seismiskie mērījumi šajā apvidū jau iepriekš atklājuši noslēpumainas zonas ar īpaši zemu seismisko viļņu ātrumu.

Apakšējā mantija sniedzas aptuveni no 660 līdz 2900 kilometru jeb 373–1802 jūdžu dziļumam. Tās izplatītākie minerāli, tostarp bridžmanīts un ferroperiklazs, parasti tiek uzskatīti par lielākoties sausiem. Citi minerāli spēj uzņemt ūdeni lielā dziļumā, tomēr tiem bieži nepieciešams neparasts sastāvs, turklāt daudzi augstās temperatūrās sadalās.

Lai pārbaudītu citu iespēju, zinātnieki izmantoja ar lāzeru karsējamas dimanta spiednes. Šajās ierīcēs sīki paraugi tiek saspiesti starp diviem dimanta galiem, kas atrodas aptuveni papīra biezuma attālumā, bet lāzeri nodrošina ārkārtīgi augstu temperatūru.

Šādos apstākļos pētnieki identificēja divus iepriekš nezināmus dzelzs oksihidroksīdus — Fe5O12Hx un Fe7O12Hx. Eksperimenti liecina, ka šīs vielas spēj pastāvēt dziļās mantijas apstākļos un uzkrāt lielu daudzumu ūdens. Tomēr pētījums tieši neapstiprina, ka šie minerāli patiešām atrodas Zemes iekšienē.

Jaunie savienojumi veidojās pat tad, kad ūdens bija ļoti maz. Dažos eksperimentos sākotnējais materiāls saturēja mazāk nekā 0,1% ūdens, tomēr ar šādu nelielu ūdeņraža daudzumu pietika, lai stabilizētu jaunās fāzes. Tās ir stabilas apakšējās mantijas ekstrēmajos apstākļos un ievērojami blīvākas par apkārtējiem iežiem.

Iespējamā ūdens kustība starp dzīlēm un virsmu

Pētnieki pieļauj, ka Zemes agrīnajā vēsturē, atdziestot un kristalizējoties pirmatnējam izkusušam “bazālās magmas okeānam”, šie ūdeni saturošie minerāli varēja izveidoties un nogrimt līdz mantijas un kodola robežai.

Ūdens tomēr varētu atgriezties augšup. Mantijas cirkulācijas aiznestam ūdeni saturošam materiālam nonākot mazāka spiediena apstākļos, minerāli varētu kļūt nestabili un atbrīvot ūdeni citās mantijas fāzēs. Daļa šī ūdens, iespējams, caur mantijas plūsmām un vulkānismu nonāk atpakaļ uz Zemes virsmas.

Atklājums varētu izskaidrot arī iepriekšējos augstspiediena eksperimentos novēroto minerālu “H-fāzi”. Pētnieki uzskata, ka tās veidošanos varēja veicināt niecīgs mitruma radīts ūdeņraža piesārņojums, nevis pilnīgi jauns sauss minerāls. “Acīmredzot pat ļoti neliels ūdeņraža daudzums ir pietiekams, lai stabilizētu šos stipri hidratētos dzelzs savienojumus,” norāda minerālfiziķis un kristalogrāfs Leonīds Dubrovskis no Baireitas Universitātes.

Vairāki jautājumi vēl paliek neatbildēti. Nav precīzi zināms, cik daudz ūdens šie minerāli spēj saturēt, kas ar tiem notiek pie mantijas un kodola robežas un cik ātri ūdens no dziļajiem minerāliem var atgriezties virspusē. Vilsons uzsver, ka aina vēl ir nepilnīga, tomēr jaunie minerāli var būt būtisks solis, lai izprastu, kā Zeme ieguva un saglabāja ūdeni. Pētījums publicēts žurnālā Nature Geoscience.