Woda znajduje się znacznie głębiej, niż do tej pory sądzono. Wiemy to dzięki... diamentom
Choć zazwyczaj skazy w diamentach nie są pożądane, te zawierały niezwykle cenne informacje. Naukowcy znaleźli tam wodę, co przesuwa granicę jej występowania znacznie niżej, niż dotychczas sądzono.
Tingting Gu z Instytutu Gemologicznego w Nowym Jorku i Purdue University wraz z zespołem odkryła w afrykańskim diamencie inkluzje, czyli niewielkie fragmenty innych minerałów. Choć w jubilerstwie takie skazy nie są pożądane, to dla naukowców mogą być niezwykle cenną wskazówką na temat środowiska głęboko pod naszymi nogami. Nie inaczej było tym razem. Diamentowe skazy zawierają bowiem wodę. Oznacza to, że w płaszczu ziemskim środowisko jest bardziej wilgotne, niż dotychczas przypuszczano.
Cenne skazy w diamencie
Inkluzje znalezione zostały w odmianie diamentu o nazwie IaB. To rzadki rodzaj diamentu z kopalni Karowe w Botswanie, który tworzy się głęboko pod ziemią i często znajduje się tam przez długi czas. Zawiera on niewielkie minerały, m.in.: ringwoodyt (krzemian magnezu), ferroperyklaz (tlenek magnezu/żelaza), enstatyt (minerał z grupy krzemianów, zaliczany do piroksenów - szeroko rozpowszechniony). Ringwoodyt — forma oliwinu — jest minerałem uwodnionym, czyli w swoją strukturę ma wbudowane cząsteczki wody (od 2,5 proc. do 3 proc. wagowych). Oznacza to, że w momencie powstawania znajdował się w wilgotnym środowisku.
Podczas gdy ciśnienie maleje, ringwoodyt ulega rozpadowi. Powstają ferroperyklaz i brydgmanit, który z kolei przechodzi w enstatyt. To bardzo ważna informacja, ponieważ mówi o podróży z wnętrza Ziemi, jaką odbyły te minerały. Najgłębszy odwiert, jaki do tej pory wykonano ma zaledwie 11 km. Niżej jesteśmy w stanie badać Ziemię przy użyciu metod geofizycznych (m.in. poprzez prędkość i kierunki rozchodzenia się fal sejsmicznych). Takie fizyczne znalezisko, które "samo przywędrowało" do badaczy jest niezwykle cenne.
Dzięki diamentowej otoczce, która chroniła minerały, mogły one zachować swoje właściwości. Na ich podstawie badacze oszacowali temperaturę tworzenia się minerału i ciśnienie, pod jakim się znajdowały. Po analizach oszacowano głębokość występowania na 660 km, czyli tzw. strefę nieciągłości Repettiego - granicę między płaszczem górnym a płaszczem dolnym Ziemi.
Jak woda znalazła się pod ziemią?
Zazwyczaj analizując obieg wody, skupiamy się na powierzchni ziemi. Woda paruje, skrapla się, powstają chmury, które przynoszą opad. Ten następnie spływa po powierzchni ziemi lub wchłania się w glebę (infiltruje). Tam woda grawitacyjnie się przemieszcza lub infiltruje głębiej, gdzie może przedostać się np. do jaskini, gdzie czasowo będzie wyłączona z obiegu.
Ale mamy też na Ziemi pewne szczególne miejsca, na co dzień sprawiające nieco problemu. To strefy subdukcji, czyli miejsca, gdzie płyty się stykają i cięższa płyta oceaniczna wchodzi pod płytę kontynentalną. A są problematyczne, ponieważ tu często dochodzi do trzęsień ziemi. Ta strefa nie jest idealnie szczelna. Pewne ilości wody mogą się przedostać tu w głąb naszej planety. W wyniku działalności wulkanicznej ta woda, pod postacią pary zostaje częściowo uwolniona. Ale może przedostać się głębiej.
Czy diament został zniszczony?
Choć wielokrotnie, aby uzyskać odpowiedź, niezbędne jest wykonanie niszczących badań obiektu, w tym przypadku udało się tego uniknąć. Naukowcy użyli nieniszczącej metody badań materiałów o nazwie mikrospektroskopia Ramana. Wykorzystuje ona laser do ujawnienia wybranych właściwości fizycznych materiału. Skorzystano także z dyfrakcji rentgenowskiej, która pozwoliła przyjrzeć się strukturze diamentu, bez konieczności rozcinania go. Ciekawe jest to, że od 2008 r. naukowcy znajdowali okazy tego diamentu wyłącznie w próbkach meteorytów.
Źródło: Gu, T., Pamato, M.G., Novella, D. et al. Hydrous peridotitic fragments of Earth’s mantle 660 km discontinuity sampled by a diamond. Nat. Geosci. (2022). https://doi.org/10.1038/s41561-022-01024-y
Przeczytaj także:
