Био је пролећни дан 2009. године, а Јохн МцНеилл је имао џеп пун дијаманата.
Сличан садржај
- Вода на Земљи може бити стара колико и сама Земља
- Шта можемо научити откопавањем тајни дубоког угљеника на Земљи
- Може постојати други масивни океан дубоко испод површине
Његов докторски саветник, геохемичар Грахам Пеарсон, послао је МцНеилла у лабораторију у Бечу са канистером за филмове који је звецкао "ултрадееп" дијамантима. То нису блистави драгуљи драгуљарске радње, већ су је груби, тупави дијаманти који су експлодирали на површину са подручја стотине километара дубоког у земаљском плашту названом прелазном зоном Рудари у бразилском округу Јуина открили неколико година пре тога . Златари су прешли облачно камење, али за научнике ти драгоцени минерали били су прозори у дубоку Земљу.
У замраченој лабораторији МцНеилл је циљао сноп светлости на површину камена после камена, мерећи спектар разбацан дијамантима и њиховим нечистоћама - надајући се да ће у тим укључењима пронаћи минерале који би му могли рећи како настају ови дијаманти.
Оно што је открио уместо тога научницима је пружио прве конкретне доказе да је дубоко у земљи била вода. Ако постоји огроман резервоар молекула воде интегрисан у минерале стотинама километара под земљом, то би могло објаснити како се наша плава планета еволуирала у једно с тектонском плочом и водом и на крају постала усељива. Разумевање тог процеса није само историјско: што више знамо о томе шта је омогућило живот на нашој планети, научници тврде, то ћемо више знати о проналажењу пребивалишта изван нашег Сунчевог система.
У то време МцНеилл је био истраживач на Универзитету Дурхам. Када су он и Лутз Насдала, научник у чијој лабораторији је радио, упоредили спектар створен нечистоћом у једном од дијаманата са базом минерала, открили су нешто изненађујуће: Микроскопски флек зеленкастог кристала заробљен у дијаманту изгледао је као то може бити рингвоодит, минерал који је икада синтетизован у лабораторијама или пронађен на метеоритима. Никада се није показао у материјалу са Земље.
Да јесте, била би велика ствар. За синтетички рингвоодит се знало да може уградити молекуле воде у своју структуру. Тако би овај земаљски узорак коначно могао да реши вишедеценијску расправу о количини воде заробљене у транзицијској зони - слоју који се протеже од 250 до 400 миља испод коре - и како се до ње стигло.
Крајем осамдесетих, геофизичар Јосепх Смитх са Универзитета у Колораду, Боулдер је предвидио да би неки минерали у прелазној зони плашта могли имати места у својим структурама за молекуле воде. Али зато што нико није могао да се буши толико далеко у транзицијској зони да би га директно погледао, већина доказа за то била је или теоријска или резултат лабораторијских експеримената. Остали научници се нису сложили, напомињући да је начин на који су потресни таласи потресали испод површине - и реткост дубоких земљотреса - предвиђао суву прелазну зону.
МцНеилл-ов дијамант пружио је прозор величине грашка у овај скривени слој у центру Земље, омогућавајући истраживачима да увиде у састав наше планете.
Отприлике две године касније, МцНеилл је дипломирао, а Пеарсон је прешао са Универзитета Дурхам како би наставио своје истраживање на Универзитету Алберта у Канади. Једног зимског дана 2011. године, у лабораторији подрума без прозора, Пеарсонов колега Сергеј Матвеев марљиво је суспендовао дијамант који садржи рингвоодите у инфрацрвеном микроскопу да би анализирао садржај ситног укључења.
Матвееву је требало неколико сати да положи дијамант тачно како би могао да мери. Али кад га је једном поставио, требало је само неколико минута да постигне резултате: рингвоодит је садржавао воду.
Матвеев је покушао да остане миран, али Пеарсон је био узбуђен. Радије не понавља оно што је рекао оног тренутка када је схватио да се теорија и лабораторијски експерименти сада могу поткрепити директним посматрањем воде дубоко у Земљином плашту.
"То можда није могуће исписати", каже он.
Плавкаст кристал рингвоодита унутар ћелије са дијамантским накованима. (Стеве Јацобсен / Универзитет северозапад) МцНеилл, Пеарсон и њихове колеге објавили су своје откриће у часопису Натуре 2014. године, али остало је питање: колико је репрезентативан био овај сићушни дијамант читаве транзицијске зоне? Двојица научника били су опрезни да примете како је њихов рад доказао воду само у малом џепу плашта на коме се створио овај дијамант.
Ако је овај малени узорак рингвоодита био заиста репрезентативан, тада би транзицијска зона могла садржати онолико воде колико и сви океани Земље - можда и више. А ако се то догоди, могло би вам помоћи објаснити како се тектоника плоча креће, формирајући планине и вулкане.
Геофизичар Стеве Јацобсен са Универзитета Нортхвестерн упозорава да му се не предвиђа вода док су подземни океани Јулеса Вернеа испуњени морским чудовиштима. Уместо тога, он упоређује воду у прелазној зони са млеком у колачима. Течно млеко прелази у тесто, али када колач изађе из рерне, течне компоненте млека се уграђују у структуру торте - више није влажно, али још увек постоји.
А Јацобсен је мислио да има начина да открије колико је ове воде „улила“ у Земљу испод Северне Америке.
Унутар наше планете, невероватно врућа и благо вискозна стена на неким местима креће се према површини, док на другим цури према језгру у лаганој струји која се назива конвекција. Како минерали попут рингвоодита транзитирају са већих на ниже дубине у плашту, високе температуре и притисци прекривају структуру минерала. На пример, рингвоодит у плавој нијанси почиње као зелени кристал који се зове оливин близу површине, метаморфозира у рингвоодит у прелазној зони и прелази у бридгманит док се креће ка доњем плашту. Али за разлику од рингвоодита, бридгманит не држи воду.
Јацобсен је теоретизирао да ако рингвоодит у транзицијској зони заиста садржи толико воде колико је предложио Пеарсонов дијамант, вода би из испушеног камена исцурила као магма када би се минерал истиснуо и загревао да би постао бридгманит.
Тако је Јацобсен направио лабораторијски камен који је садржавао воду у лабораторији, угурао га између два дијаманта у џепу величине џепа званог преша с дијамантним наковом и загрејао је ласерским напајањем. Кад је прегледао резултате, установио је да су високе температуре и притисци заиста истиснули воду из камена, стварајући ситне капљице магме.
Јацобсен је сматрао да ако је рингвоодит заиста истиснуо магму богату водом док је била притиснута у доњи плашт, онда би ови фластери магме требали успорити потресне таласе - стварајући неку врсту сеизмичког потписа за воду.
Тако се Јацобсен удружио са сеизмологом Брандоном Сцхмандтом са Универзитета у Њу Мексику како би потражио ове потписе у подацима прикупљеним у мрежи мобилних сеизмометра Националне фондације за науку названој амерички низ који се полако кретао на исток Северне Америке. Истраживачи су видели сеизмичке штуцање које су предвиђали тамо где су мислили да ће бити - на граници између прелазне зоне и доњег плашта Земље.
Када покуша да опише шта су му ови резултати значили, Јацобсен је без речи. "То је заиста била тачка у којој сам сматрао да је последњих 20 година мог истраживања вредно", каже он на крају. Он и Сцхмандт пронашли су доказе да је вода била заробљена у прелазној зони плашта испод већине Сједињених Држава, а своја су открића објавили у часопису Сциенце 2014. године.
Али још увек је било велико слепо место: нико није знао одакле та вода.
Радници ваде дијаманте у региону Јуина у Бразилу. (Грахам Пеарсон / Универзитет у Алберти) У септембру 2014. године Александар Соболев кренуо је да пронађе „свеже“ узорке ретких, 2, 7 милијарди година старих стијена лаве зване коматиитес, надајући се да ће сазнати о томе како су настале.
Соболев, професор геохемије са Универзитета Гренобле Алпес у Француској, чекићем је пролазио кроз делове канадског зеленог појаса Абитиби чекићем - тапкајући коматије који изгледају обећавајуће, и пажљиво слушајући лимене удараљке. Најбољи, каже, чине чист и леп звук.
Соболев и његови колеге Ницхолас Арндт, такође са Универзитета Гренобле Алпес, и Евгени Асафов из руског Геохемијског института Вернадски сакупили су комаде ових стена величине шаке да би се однели назад у Француску. Тамо су их дробили и извадили ситна зелена зрнца оливина смештена унутра, пре него што су фрагменте оливина послали у Русију да се загреју на више од 2400 степени Ф, а затим се брзо охладили. Анализирали су истопљене и хлађене инклузије заробљене у оливину да би разумели шта се догодило са пљусковима магме док су пуцали кроз плашт.
Собољев тим открио је да иако ти коматиити не садрже толико воде као Пеарсонов рингвоодите, изгледало је да је магма која их формира покупила и унела малу количину воде док је путовала кроз плашт - вероватно када је прошао кроз транзицију зона. То би значило да је прелазна зона плашта садржавала воду пре 2, 7 милијарди година.
Овај временски тренутак важан је јер постоји низ различитих - али потенцијално комплементарних - теорија о томе када је и како Земља добила воду и како се ова вода пробила дубоко у плашт.
Прва теорија каже да је млада планета Земља била сувише врућа да би задржала било какву воду и да је стигла касније, кренувши у вожњу сочним метеоритима или кометама. Та вода је затим клизнула у плашт када су се тектонске плоче премештале једна преко друге у процесу званом субдукција. Друга теорија каже да је вода била на нашој планети од почетка - то јест откад се облак гаса и прашине сакупио у наш соларни систем пре 4, 6 милијарди година. Та примордијална вода могла је бити заробљена у Земљи током акумулације и некако је успела да издржи горућу топлоту младе планете.
Дакле, ако је вода била у Земљиној прелазној зони пре 2, 7 милијарди година, каже Соболев, то значи да је или кретање тектонских плоча морало почети много раније у историји планете него што научници тренутно верују, или је вода била ту од самог почетка .
Лидиа Халлис, за једну, сумња да је вода била ту све време. Халлис, планетарни научник са Универзитета у Гласгову, упоредио је оно што она назива различитим „окусима“ воде у древним стијенама из дубоког плашта и у редовној морској води пре неколико година. Док субдукција меша воду у горњим нивоима плашта, најдубљи делови остају релативно нетакнути.
Вода се састоји од два молекула водоника и једног молекула кисеоника. Понекад, када је уграђен у стијене, заправо се састоји од једног водоника и једног кисеоника, који се назива хидроксилна група. Различити облици или изотопи водоника имају различите молекулске тежине, а тежи изотоп водоника је познат као деутеријум.
Научници сматрају да је вода на месту у урођеном Сунчевом систему где се формирала Земља садржавала много правилнији водоник од деутеријума. Али како је вода устрајала на Земљиној површини, лакши молекули водоника су лакше избегли у свемир, концентришући деутеријум у нашој атмосфери и океанима.
Халлис је открио да вода заробљена у камењу из канадског Арктика која је формирана магмом која потиче дубоко из земаљског плашта има нижи омјер деутеријума и водоника у односу на морску воду. Однос тих камења више је личио на оно што научници мисле да је изгледала примордијална вода, сугеришући да је вода састојак земаљског плашта од самог почетка.
То не искључује могућност да су влажне свемирске стијене продирале и на Земљу и делиле део своје воде. Али расправа траје даље. "Тако функционише наука", каже Халлис, "у праву сте, док неко не докаже да нисте у праву."
Дијамантна наковница користи се за симулацију услова дубоко у Земљи, стискајући узорке користећи огромне притиске. (Стеве Јацобсен / Универзитет северозапад) Пеарсон се питао да ли би му испитивање односа између деутеријума и водоника у његовом укључивању од рингвоодита могло рећи више о томе да ли је вода у транзицијској зони била првобитна, да ли је била тамо последица потискивања или је то мало обоје.
Регрутовао је Медериц Палот - геохемичара тренутно на Универзитету Јеан Моннет у Француској - да полира дијамант до укључивања рингвоодита како би могао да анализира молекуле водоника заробљене у себи. Био је то ризичан процес. Изношење дијаманта из таквих дубина значило је да су његове унутрашњости биле под великим напором. Резање и полирање дијаманта може га оштетити и његово укључивање након поправка.
Палот је био опрезан. Створио је неку врсту хладњака направљеног од сувог леда да се дијамант не би прегревао док је ласером бријао сићушне клизне с површине минерала. Након сваке минуте полирања однео је дијамант на микроскоп како би се увјерио да је драгоцјено уврштење још увијек тамо.
Након 12 сати полирања, Палот је знао да се ближи инклузији. Провјерио је дијамант под микроскопом у 23 сата - готово тамо. Полирао је још минут, а затим поново проверио дијамант. Укључивање више није било.
Палот ју је жустро тражио читав дан, претражујући подручје око микроскопа ради мрље од зрна прста мање од зрна прашине.
Сјећа се страшног осјећаја да је требало назвати Пеарсона да му достави вијест о томе да је једини узорак рингвоодита који је икада откривен настао на Земљи.
Али Пеарсон је већ размишљао о следећем пројекту. „Рекао је:„ То је игра, знамо да смо се на томе коцкали “, подсећа Палот. А онда му је Пеарсон рекао да имају још један узорак који би могао бити занимљив. Недавно је отпутовао у исти део Бразила, одакле је дошао дијамант који садржи рингвоодит, и донео је нове драгуље - сваки са обећавајућим могућностима проучавања. Сада, Палот, Пеарсон, Јацобсен и други заједно раде на анализи дијаманта још дубље у плашту.
За Палота и сваког од ових научника гледање кристала који настају дубоко у нашој планети је више него идентификација састојака који су испечени на Земљи пре милијарде година.
„Цела ова поента говори о самом животу“, каже Палот. „Знамо да је живот уско повезан са водом. Ако боље познајемо водени циклус, боље знамо и како је настао живот. "
А ако знамо како је живот настао на нашој планети, потенцијално би нам могао помоћи да пронађемо живот - или услове за одржавање живота - на другима.
Јацобсен додаје: „Сада откривамо потенцијално насељиве планете изван нашег Сунчевог система. И што више знамо о томе како изгледа усељива планета, то ћемо их више моћи препознати. "
Њихова потрага за водом дубоко у Земљи, каже Јацобсен, никада није била релевантнија.
Сазнајте више о овом истраживању и више на Опсерваторију дубоких угљеника.
