Skrytý oceán pod našima nohama a nová kapitola geofyziky

V hloubce přibližně šest set padesát kilometrů pod povrchem Země se nachází skrytý rezervoár vody, jehož množství může několikanásobně převyšovat objem všech světových oceánů. Nejde o kapalinu, ale o molekuly vody uvězněné v krystalické mřížce minerálu ringwooditu. Tento minerál existuje jen při extrémně vysokých tlacích v takzvané přechodové zóně mezi svrchním a spodním pláštěm Země. Objev zásadně mění představy o koloběhu vody na planetě i o jejím geologickém vývoji.

Ringwoodit a jeho jedinečná schopnost vázat vodu

Ringwoodit je vysokotlaká forma olivínu. Je schopen zadržet významné množství hydroxylových skupin, které vznikají, když se molekuly vody začlení do jeho krystalové mříže. Laboratorní experimenty ukázaly, že ringwoodit může obsahovat až několik procent hmotnosti ve formě vázané vody. V přechodové zóně pláště tvoří tento minerál až šedesát procent hornin a právě to umožňuje existenci rozsáhlého rezervoáru hluboko pod povrchem.

Klíčovým momentem bylo studium diamantů z Brazílie, ve kterých se našel přírodní ringwoodit obsahující molekuly vody. Tento objev potvrdil, že voda není pouze v povrchových vrstvách, ale prostupuje celou geologickou strukturou planety. Vodní molekuly se do pláště dostávají prostřednictvím subdukčních zón, kde se desky oceánské kůry noří do hloubky a transportují hydratované minerály stále níže.

Jak se podzemní oceán objevil díky studiu seismických vln

Seismické vlny jsou nástrojem, který umožňuje nahlédnout stovky kilometrů pod povrch bez jediného vrtu. Během velkých zemětřesení cestují P vlny a S vlny zemským pláštěm a jejich rychlost se mění podle složení hornin a přítomnosti vody. V přechodové zóně vědci zaznamenali oblasti s nečekaně pomalými vlnami, což odpovídá horninám bohatým na vodu. Podrobné analýzy publikované v časopisech Science a Nature ukázaly, že tato zpomalení nejsou lokální anomálií, ale globálním fenoménem.

Modely vysvětlují, že velké množství vody je vázáno uvnitř ringwooditu, který se nachází v hloubkách mezi pěti sty a sedmi sty kilometrů. Teplotní a tlakové podmínky tam udržují tento minerál ve stabilní formě, takže dokáže vodu zadržovat po miliony let. Když se tektonické desky pohybují, část hydratovaných hornin se dostává ještě hlouběji, kde se ringwoodit přeměňuje na bridgmanit a periklas. Tím se voda uvolňuje a může ovlivňovat vznik magmatu ve spodním plášti.

Důsledky pro tektoniku, vulkanismus a historii oceánů

Objev skrytého oceánu zásadně mění představu o koloběhu vody na Zemi. Podle současných modelů se značné množství vody dostává do hloubky prostřednictvím subdukce a následně se vrací na povrch při sopečné činnosti. Ringwoodit je v tomto procesu klíčovým rezervoárem. Voda, kterou obsahuje, snižuje teplotu tání hornin a usnadňuje vznik magmatu, což může ovlivňovat intenzitu vulkanismu i charakter výbuchů.

Vodní cyklus na planetě tak není uzavřen pouze v oceánech a atmosféře. Má hlubokou geologickou složku, která se promítá do dlouhodobého vývoje klimatu. Některé modely naznačují, že stabilita oceánů po miliardy let může být výsledkem rovnováhy mezi vodou uloženou v plášti a vodou na povrchu. Bez tohoto geodynamického mechanismu by mohl být povrch Země buď zcela zaplaven, nebo naopak téměř suchý.

Původ vody na Zemi a nové interpretace

Dlouho se předpokládalo, že většina vody na Zemi pochází z těles vnější části Sluneční soustavy, například z komet a asteroidů. Skrytý oceán v přechodové zóně však ukazuje, že značná část vody může mít vnitrozemský původ. Voda se možná uvolnila z primordiálních minerálů během vzniku planety a byla postupně transportována mezi povrchem a pláštěm tektonickou činností.

Studie izotopového složení ringwooditu naznačují, že voda v plášti má složení velmi podobné vodě oceánské. To podporuje hypotézu, že zdroj vody na Zemi může být kombinací kosmických dodávek a endogenních procesů. Interakce mezi povrchem a hlubokými vrstvami pláště může vysvětlit, proč má Země stabilní vodní prostředí, zatímco Mars nebo Venuše tuto schopnost ztratily.

Oficiální zdroje a podrobné studie

Podrobnosti o objevu a vlastnostech ringwooditu najdete v těchto zdrojích:

• 
  Nature: Discovery of water-rich ringwoodite in Earth’s mantle
  
• 
  Science: Seismological evidence for whole mantle hydration
  
• 
  American Geophysical Union: Mantle hydration and deep water cycle