Diamantele dezvăluie semnul celei mai adânci ape cunoscute în interiorul Pământului

Adânc în interiorul fierbinte al planetei, gheața pândește. Acum, o formă de gheață super-compactă, găsită încorporată în diamante, oferă primul indiciu direct că există apă din belșug la peste 610 de kilometri adâncime în manta.

Această gheață, identificată prin structura sa cristalină și numită gheață-VII, nu există la suprafața Pământului. Se formează doar la presiuni mai mari de aproximativ 24 de gigapascali – corespunzând adâncimii cuprinse între 610 și 800 de kilometri, au raportat cercetătorii pe 8 martie. Ştiinţă. Prezența sa în diamante sugerează că există un fluid bogat în apă în zona de tranziție dintre mantaua superioară și inferioară și chiar în partea superioară a mantalei inferioare.

„Este cu adevărat prima dată când vedem apă la asemenea adâncimi”, spune Oded Navon, un petrolog la Universitatea Ebraică din Ierusalim, care nu a fost implicat în noul studiu.

Când plăcile de scoarță terestră se scufundă în stratul de manta de dedesubt, ele trag cu ele apa oceanului. Cât de adânc se scufundă plăcile a fost o întrebare de lungă durată. Cercetătorii au bănuit că există un fluid apos abundent în mantaua adâncă, transportat acolo de plăci care poartă minerale bogate în apă care își revarsă apa când ajung în zona de tranziție (SN: 7/12/14, str. 9). Dar oamenii de știință nu au găsit anterior dovezi directe ale acelei ape.

Acolo intervin diamantele. Diamantele se formează la temperaturi și presiuni ridicate, cristalizează în buzunare bogate în carbonat mineral înainte de a fi transportate la suprafață cu magma în erupție (SN: 4/30/16, p. 8). Pe măsură ce cristalele de diamant se formează, ele pot cuprinde mici cantități de fluid sau rocă din împrejurimile lor. Aceste impurități reprezintă capsule minuscule de manta. Incluziunile de diamant sunt singurele ferestre directe pe care oamenii de știință le au în țesătura Pământului la mai mult de un kilometru sub suprafață.

GHEAZĂ HEXAGONĂ Apa înghețată obișnuită de la suprafața Pământului are o structură cristalină hexagonală. Solid State/Wikipedia Commons (CC BY-SA 3.0)

Oliver Tschauner, un mineralog la Universitatea Nevada, Las Vegas, și colegii săi și-au propus să studieze incluziunile de diamant – dar nu căutau gheață. Ei căutau semne ale unei forme moleculare de dioxid de carbon care ar putea ajuta la dezvăluirea indicii despre ciclul carbonului din plăci în manta. Cercetătorii au folosit o serie de tehnici, inclusiv difracția cu raze X, spectroscopia în infraroșu și fluorescența cu raze X, pentru a încerca să identifice compoziția incluziunilor din trei diamante, unul din China și două din Africa de Sud.

În loc de dioxid de carbon, echipa a văzut un model revelator în modul în care unele dintre razele X s-au împrăștiat pe măsură ce treceau prin diamant. Acest model a indicat gheața-VII. Prezența acelei forme de gheață de presiune extrem de ridicată a fost un indiciu puternic asupra adâncimii la care trebuie să se fi format diamantul. Diamantele conțineau, de asemenea, incluziuni separate de fluide bogate în anumite săruri, cum ar fi calcitul de magneziu și halitul, și fluide bogate în carbon.

Fluidele bogate în apă din adâncul mantalei ar putea fi importante pentru stimularea circulației care alimentează mișcările plăcilor tectonice și erupțiile vulcanilor. Prezența apei poate face mai ușoară topirea rocilor, spune Navon, prin scăderea punctului de topire al rocilor fierbinți sub presiune. Și fluidele pot ajuta la redistribuirea căldurii în interiorul mantalei.

În plus, unele elemente radioactive mari, producătoare de căldură, cum ar fi potasiul, toriul și uraniul, nu se potrivesc cu ușurință în structurile cristaline rigide ale mineralelor, așa că preferă roca topită atunci când este disponibilă. „Aveți nevoie doar de puțin lichid și se deplasează în topitură”, adaugă Navon.

Studiul a ridicat și un alt mister. Incluziunile fluide din diamante care provin la adâncimi mai mici, poate 150 până la 200 de kilometri sub suprafață, conțin un amestec de apă, sare și carbonați. Dar Tschauner și colegii săi au descoperit că în diamantele lor adânci, incluziunile sunt sechestrate individual: gheață într-o incluziune, carbonați în alta, săruri într-o a treia. „Am fost surprinși că toate erau separate, mai degrabă decât să apară împreună”, spune Tschauner.

Notă Navon: „Aceasta este o nouă ghicitoare pe care trebuie să o rezolvăm.”