اگر تصور میکنید بیشتر آب زمین همان چیزی است که روی سطح میبینیم، شاید لازم باشد نگاهی بسیار عمیقتر به سیارهمان بیندازیم. پژوهشگران شواهدی پیدا کردهاند که نشان میدهد بخشی از آب زمین ممکن است در دل مواد معدنی و در نزدیکی مرز میان گوشته و هسته بیرونی مایع، تا حدود ۲۹۰۰ کیلومتری زیر سطح زمین، ذخیره شده باشد؛ جایی که فشار و دما به اندازهای شدید است که آب آزاد نمیتواند به شکل معمول وجود داشته باشد.
این یافته میتواند تصویر دانشمندان از چرخه آب زمین را تغییر دهد و نشان دهد این چرخه احتمالاً بسیار عمیقتر از آن چیزی است که پیشتر تصور میشد.
آب چگونه میتواند تا این عمق باقی بماند؟
آب فقط برای حیات روی سطح زمین اهمیت ندارد. این ماده در فرایندهای درون زمین نیز نقش مهمی ایفا میکند و میتواند حرکت بسیار آهسته مواد گوشته را تسهیل کند. این فرایند با چرخه تکتونیکی زمین، بازیافت سنگها و حتی تنظیم بلندمدت آبوهوا ارتباط دارد.
با این حال، یکی از پرسشهای مهم زمینشناسی این است که آب چگونه وارد گوشته شده و اکنون دقیقاً کجا قرار دارد؟
گوشته پایینی زمین از عمق حدود ۶۶۰ کیلومتری آغاز میشود و تا مرز هسته در حدود ۲۹۰۰ کیلومتری ادامه دارد. مواد معدنی اصلی این بخش، از جمله بریجمنیت و فروپریکلاز، عمدتاً خشک در نظر گرفته میشوند و بسیاری از کانیهای دیگر نیز در دما و فشار بسیار زیاد اعماق زمین پایدار نمیمانند.
دو ماده معدنی جدید چه چیزی را تغییر میدهند؟
پژوهشگران برای بررسی این معما، شرایط شدید اعماق زمین را در آزمایشگاه بازسازی کردند. آنها نمونههای بسیار کوچکی را درون دستگاههایی به نام سلول سندان الماسی قرار دادند و با اعمال فشار بسیار زیاد و حرارت لیزری، شرایط گوشته عمیق را شبیهسازی کردند.
نتیجه، شناسایی دو ترکیب جدید از خانواده اکسیدوهیدروکسیدهای آهن با فرمولهای Fe₅O₁₂Hₓ و Fe₇O₁₂Hₓ بود. آزمایشها نشان داد این مواد میتوانند در شرایط اعماق گوشته پایدار بمانند و هیدروژن و در نتیجه آب را در ساختار خود نگه دارند.
نکته جالب این است که حتی زمانی که ماده اولیه کمتر از ۰.۱ درصد آب داشت، مقادیر بسیار اندک هیدروژن برای تشکیل این ترکیبات کافی بود.
البته این آزمایش بهتنهایی ثابت نمیکند که این مواد معدنی اکنون درون زمین وجود دارند؛ بلکه نشان میدهد چنین موادی از نظر فیزیکی و شیمیایی میتوانند در اعماق زمین شکل بگیرند و آب را در خود نگه دارند.
یک مخزن آب، اما نه یک اقیانوس زیرزمینی
این کشف به معنای وجود یک اقیانوس عظیم از آب مایع در زیر زمین نیست. در چنین عمقهایی، آب احتمالاً به شکل مولکولها یا اجزای شیمیایی در ساختار مواد معدنی محبوس است.
چگالی بالای این مواد نیز اهمیت دارد. پژوهشگران احتمال میدهند این ترکیبات در مراحل اولیه شکلگیری زمین، زمانی که یک اقیانوس ماگمایی در سطح عمیق سیاره وجود داشته، تشکیل شده و سپس به سمت مرز هسته و گوشته فرو رفته باشند.
اما این آب لزوماً برای همیشه در اعماق زمین باقی نمیماند. حرکت مواد در گوشته میتواند این کانیهای آبدار را به سمت بالا منتقل کند. با کاهش فشار، ساختار آنها ممکن است ناپایدار شده و آب را آزاد کند؛ آبی که در نهایت میتواند از طریق فرایندهایی مانند آتشفشانها و ستونهای گوشتهای دوباره به بخشهای بالاتر زمین برسد.
پژوهشگران تأکید میکنند هنوز مشخص نیست این کانیها در طبیعت چه مقدار آب در خود ذخیره میکنند و این آب طی چه بازه زمانی میتواند در چرخه زمین جابهجا شود.
با وجود این ابهامات، یافته جدید نشان میدهد چرخه آب زمین ممکن است تا نزدیکی مرز هسته امتداد داشته باشد؛ کشفی که میتواند سرنخ تازهای برای توضیح چگونگی بهدستآوردن و حفظ آب توسط زمین در طول تاریخ سیاره فراهم کند.
نتایج این پژوهش در نشریه Nature Geoscience منتشر شده است.