Νέα έρευνα που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Science Advances αποκαλύπτει ότι το νερό μπορεί να επιβιώσει στις ακραίες συνθήκες του κατώτερου μανδύα της Γης μεταβαίνοντας σε υπεριοντική κατάσταση. Η ανακάλυψη αυτή αμφισβητεί την καθιερωμένη θεωρία πως τα περισσότερα ένυδρα ορυκτά απελευθερώνουν το νερό τους σε υψηλές θερμοκρασίες.
Επιστήμονες από το Ινστιτούτο Γεωχημείας της Κινεζικής Ακαδημίας Επιστημών (IGCAS) χρησιμοποίησαν προσομοιώσεις μοριακής δυναμικής, συνδυάζοντας μεθόδους ab initio και δυναμικού βαθιάς μάθησης, για να εξετάσουν τη συμπεριφορά του νερού κοντά στο όριο μανδύα-πυρήνα. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι αρχαίο νερό από τα πρώιμα στάδια του πλανήτη ενδέχεται να έχει διατηρηθεί για δισεκατομμύρια χρόνια, σχηματίζοντας ένα μακροχρόνιο αποθεματικό στη βάση του μανδύα.
Πώς η υπεριοντική κατάσταση διατηρεί το νερό
Η υπεριοντική κατάσταση συνδυάζει χαρακτηριστικά ενός στερεού κρυσταλλικού πλέγματος με ιόντα που κινούνται σαν υγρό. Αυτή η ιδιότητα μεταβάλλει δραστικά τη σταθερότητα και τη συμπεριφορά αφυδάτωσης των ορυκτών που περιέχουν νερό. Σύμφωνα με τις προσομοιώσεις, το υγρό νερό είναι θερμοδυναμικά ασταθές στο βαθύ κατώτερο μανδύα και παγώνει σε υπεριοντικές φάσεις πάγου, όπου τα ιόντα υδρογόνου κινούνται ταχέως μέσα σε ένα πλέγμα οξυγόνου.
Το ενυδατωμένο ορυκτό d-AlOOH, το οποίο μπορεί να μεταφέρει νερό σε βάθος περίπου 2.900 χιλιομέτρων, υφίσταται μια «διπλή υπεριοντική μετάβαση» σε πιέσεις περίπου 140 GPa και θερμοκρασίες γύρω στους 3.800 K. Κατά τη μετάβαση αυτή, τόσο τα ιόντα υδρογόνου όσο και τα ιόντα αργιλίου αποκτούν εξαιρετικά υψηλή κινητικότητα, αυξάνοντας την εντροπία και σταθεροποιώντας την κρυσταλλική δομή. Το αποτέλεσμα είναι η άνοδος της θερμοκρασίας τήξης του ορυκτού σε επίπεδα συγκρίσιμα με εκείνα του ορίου μανδύα-πυρήνα.
Επιπτώσεις για την εξέλιξη της Γης
Η κυκλοφορία του νερού στο εσωτερικό της Γης επηρεάζει καθοριστικά την τεκτονική των πλακών, τη ηφαιστειακή δραστηριότητα, τον όγκο των ωκεανών και τη σταθερότητα του κλίματος. Παρότι οι καταδυόμενες πλάκες μεταφέρουν νερό στον μανδύα, τα νέα δεδομένα δείχνουν ότι το νερό μπορεί να εγκλωβίζεται αντί να απελευθερώνεται ως ρευστό κατά την κάθοδο.
Η μελέτη προσφέρει νέο πλαίσιο για την κατανόηση της κυκλοφορίας του νερού σε μεγάλο βάθος και της φύσης των δομών κοντά στη βάση του μανδύα. Οι εκτεταμένες περιοχές χαμηλής ταχύτητας διατμητικών κυμάτων πάνω από τη μεταβατική ζώνη πυρήνα-μανδύα ενδέχεται να λειτουργούν ως ταμιευτήρες αρχαίου νερού, συνδεόμενες με τις ισοτοπικές υπογραφές υδρογόνου που ανιχνεύονται σε ηφαιστειακά αέρια.
