Új kutatások mutatják be, hogyan tárolnak rendkívüli ásványok vizet több száz kilométeres mélységben, kihívás elé állítva a bolygó belsejéről alkotott eddigi ismereteinket. Képzeljék el, hogy egy hatalmas víztározót fedeznek fel a Föld felszíne alatt több száz kilométerrel – amely potenciálisan annyi vizet rejt, mint az összes óceán, tenger és öböl együttvéve.
Ez úgy hangzik, mint egy sci-fi. A kutatók mégis meggyőző bizonyítékokat tártak fel arra vonatkozóan, hogy hatalmas mennyiségű víz raktározódhat a földköpeny kőzeteiben, körülbelül 410 és 660 kilométer közötti mélységben.
Az Atlanti- vagy a Csendes-óceánnal ellentétben azonban ez nem folyékony víz alkotta óceán. Valami talán még különlegesebb dologról van szó: hatalmas nyomás alatt, kémiailag a szilárd ásványok szerkezetébe beépült vízről. Valódi térfogata pedig továbbra is a geológia egyik nagy megválaszolatlan kérdése.
Nagyobb víztározó, mint az összes óceán?
Az US Geological Survey adatai szerint a Föld felszíni óceánjai körülbelül 1,338 milliárd köbkilométer vizet tartalmaznak. Ez elegendő lenne több mint 535 millió olimpiai úszómedence megtöltéséhez. Most fontolják meg annak lehetőségét, hogy ehhez fogható mennyiség tárolódik a földköpeny egy viszonylag vékony rétegében. A köpeny átmeneti zónája a felszín alatt 410 és 660 kilométer között húzódik – ez 250 kilométernyi vastagságot jelent.
Összehasonlításképpen: a világ óceánjainak átlagos mélysége mindössze 3,7 kilométer. Ez a földalatti réteg tehát csaknem 68-szor vastagabb, mint amilyen mélyek az óceánok átlagosan. Egyes tanulmányok szerint az ebben a zónában található ásványok elméletileg több óceánnyi vizet is képesek lennének tárolni. Más elemzések azt jelzik, hogy a tényleges mennyiség jelentősen kisebb lehet. A tudósok még nem állapították meg a globális összértéket.
Felfedezés egy gyémánt belsejében
Az áttörés 2014-ben következett be, amikor a Graham Pearson geokémikus vezette kutatócsoport egy Brazíliában talált apró gyémántot vizsgált meg. A mindössze három milliméter széles gyémánt mikroszkopikus ringwoodit zárványt tartalmazott, amely egy olyan ásvány, amely a Föld belsejében uralkodó nagy nyomáson keletkezik. Az elemzés kimutatta, hogy az ásvány súlyának nagyjából 1–1,5%-át víz tette ki.
Ez talán jelentéktelennek tűnik.
De ha a köpeny kőzeteinek hatalmas tömege akár csak 1 tömegszázalék vizet tartalmaz, az összmennyiség vetekedhet a felszíni óceánok térfogatával. A felfedezés közvetlen bizonyítékot szolgáltatott arra, hogy a Föld mélyköpenyének egyes részei hidratáltak. Azt viszont nem bizonyította, hogy a víz egyenletesen oszlik el a teljes átmeneti zónában.
Hogyan tartalmazhat a szilárd kőzet vizet?
Több száz kilométeres mélységben a nyomás eléri a 14–24 gigapascals értéket – ez nagyjából 140 000–240 000-szerese a légköri nyomásnak. A hőmérséklet pedig meghaladhatja az 1400°C-ot.
Hagyományos folyékony óceánok nem létezhetnek ilyen körülmények között. Ehelyett az olyan ásványok, mint a ringwoodit és a wadsleyit, hidrogént és hidroxilt fogadnak be kristályszerkezetükbe. Gondoljanak a kőzetre úgy, mint egy hatalmas molekuláris tárolórendszerre, nem pedig egy folyadékkal telt szivacsra. A laboratóriumi kísérletek azt mutatják, hogy ezek az ásványok megfelelő körülmények között körülbelül 1–3 tömegszázalék vizet képesek tárolni. Ez a kapacitás rendkívüli, ha a köpeny hatalmas régióira vetítjük ki.
Hogyan jut le a víz több száz kilométer mélyre?
A Föld a lemeztektonika révén folyamatosan újrahasznosítja az anyagokat. A szubdukciós zónákban az óceáni lemezek a köpenybe süllyednek, víztartalmú ásványokat és üledékeket víve magukkal. Ahogy a nyomás és a hőmérséklet emelkedik, az ásványok átalakulnak és újraosztják a bennük tárolt vizet.
A víz egy része a vulkáni tevékenység révén visszatér a felszín felé. Más részek mélyen csapdába esve maradhatnak. A tudósok úgy vélik, hogy ez a mélyreható újrahasznosítási folyamat segített szabályozni a Föld vízeloszlását a geológiai idők során. Egy 2026-ban közzétett kutatás további bizonyítékokat szolgáltat arra, hogy a víz át tud vándorolni az ásványok között a lefelé haladó tektonikus lemezekben, ami potenciálisan befolyásolja a mélyfészkű földrengéseket és a köpeny mozgását.
Befolyásolhatja a rejtett víz a vulkánokat?
Abszolút – bár a részletek még vizsgálat alatt állnak. A víz csökkentheti a köpenykőzetek olvadáspontját, megkönnyítve a magma kialakulását. 2014-ben Észak-Amerika alatti szeizmikus hullámokat elemző kutatók a 660 kilométeres határ közelében részleges olvadásra utaló jeleket azonosítottak. Eredményeik arra utaltak, hogy az ásványi átalakulások során felszabaduló víz hozzájárulhat a mélyben zajló olvadáshoz.
Újabb laboratóriumi vizsgálatok azt kutatták, hogyan befolyásolják a víztartalmú ásványok a szubdukálódó lemezek viselkedését és a mélyfészkű földrengések mechanikáját. Így a Föld rejtett víztározója segíthet megmagyarázni a vulkanizmust és a tektonikai aktivitást mozgató folyamatok egy részét.
Miért nem értenek még egyet a tudósok?
A legnagyobb rejtély nem az, hogy létezik-e víz a mélyben. Létezik.
A kérdés az, hogy mennyi.
Egy 2017-es tanulmány az ásványok viszkozitását vizsgálva azt sugallta, hogy az átmeneti zóna a fontos ásványi fázisokban 1–2 tömegszázalék vizet tartalmazhat. Más szeizmikus elemzések lényegesen szárazabb köpenyre utaltak. Egy későbbi modell becslése szerint az átmeneti zóna körülbelül egy felszíni óceánnyi vizet rejthet.
A különbségek jól mutatják a több száz kilométerrel a föld alatt lévő környezet vizsgálatának nehézségeit. Egyetlen fúrási projekt sem jutott még csak a közelébe sem ezeknek a mélységeknek. A tudósoknak ehelyett szeizmikus hullámokra, ritka ásványi mintákra, laboratóriumi kísérletekre és számítógépes szimulációkra kell hagyatkozniuk.
A Föld legnagyobb rejtett tározója?
A következmények túlmutatnak a geológián. Annak megértése, hogyan mozog a víz a Föld felszíne és belseje között, segíthet megmagyarázni az óceánok fejlődését, azt, hogy miért viselkednek úgy a kontinensek és a tektonikus lemezek, ahogy, és miben különbözik a Föld a többi kőzetbolygótól.
Ez a tározó nem hozzáférhető ivóvíz, és nem is egy felfedezetlen földalatti tenger, amely felfedezésre vár. Ez valami alapvetőbb dolog: a bolygó azon gépezetének része, amely évmilliárdok óta alakítja a Földet.
Felfedeztük a Holdat, űrszondákat küldtünk a Naprendszeren túlra és feltérképeztünk távoli galaxisokat – mégis, még mindig nem tudjuk pontosan megmondani, mennyi víz rejlik alig 660 kilométerrel a lábunk alatt. A következő nagy óceáni felfedezés talán nem a tengeren történik meg, hanem a bolygónk mélyén található kőzetek megértésén keresztül.
