Một đại dương bên trong Trái đất? Nước được xác định là xuống hàng trăm km
của Đại học Goethe Frankfurt am Main
Viên kim cương đến từ Botswana tiết lộ với các nhà khoa học rằng một lượng nước đáng kể được lưu trữ trong đá ở độ sâu hơn 600 km. Nhà cung cấp hình ảnh: Tingting Gu, Viện Đá quý Hoa Kỳ, New York, NY, Hoa Kỳ
Theo một nghiên cứu quốc tế liên quan đến Viện Khoa học Địa chất tại Đại học Goethe ở Frankfurt, vùng chuyển tiếp giữa lớp phủ trên và dưới của Trái đất chứa một lượng nước đáng kể. Nhóm nghiên cứu Đức-Ý-Mỹ đã phân tích một viên kim cương quý hiếm được hình thành dưới bề mặt Trái đất 660 mét bằng cách sử dụng các kỹ thuật bao gồm quang phổ Raman và quang phổ FTIR. Nghiên cứu đã xác nhận một điều mà trong một thời gian dài chỉ là lý thuyết, đó là nước đại dương đi kèm với các phiến đá phụ và do đó đi vào vùng chuyển tiếp. Điều này có nghĩa là chu kỳ nước trên hành tinh của chúng ta bao gồm cả phần bên trong Trái đất.
Vùng chuyển tiếp (TZ) là tên được đặt cho lớp ranh giới ngăn cách lớp phủ trên của Trái đất và lớp phủ dưới của Trái đất. Nó nằm ở độ sâu từ 410 đến 660 km. Áp suất khổng lồ lên tới 23.000 bar trong TZ khiến khoáng chất olivin có màu xanh ô liu, chiếm khoảng 70% lớp phủ trên của Trái đất và còn được gọi là peridot, biến đổi cấu trúc tinh thể của nó. Tại ranh giới trên của vùng chuyển tiếp, ở độ sâu khoảng 410 km, nó được chuyển đổi thành wadsleyite dày đặc hơn; ở 520 km sau đó nó biến chất thành ringwoodit thậm chí còn dày đặc hơn.
Giáo sư Frank Brenker từ Viện Khoa học Địa chất tại Đại học Goethe ở Frankfurt giải thích: “Những biến đổi khoáng chất này cản trở rất nhiều chuyển động của đá trong lớp phủ. Ví dụ, các chùm lớp phủ — những cột đá nóng bốc lên từ lớp phủ sâu — đôi khi dừng lại ngay bên dưới vùng chuyển tiếp. Sự chuyển động của khối lượng theo hướng ngược lại cũng đi vào bế tắc. Brenker nói, "Các đĩa phụ thường gặp khó khăn trong việc phá vỡ toàn bộ khu vực chuyển tiếp. Vì vậy, có cả một nghĩa địa gồm các đĩa như vậy ở khu vực này bên dưới châu Âu."
Tuy nhiên, cho đến nay người ta vẫn chưa biết tác động lâu dài của việc "hút" vật chất vào vùng chuyển tiếp đối với thành phần địa hóa của nó và liệu lượng nước lớn hơn có tồn tại ở đó hay không. Brenker giải thích: "Các phiến đá phụ cũng mang trầm tích biển sâu vào bên trong Trái đất. Những trầm tích này có thể chứa một lượng lớn nước và CO2. Nhưng cho đến nay vẫn chưa rõ có bao nhiêu đi vào vùng chuyển tiếp dưới dạng nhiều hơn. các khoáng chất và cacbonat ngậm nước, ổn định — và do đó cũng không rõ liệu một lượng lớn nước có thực sự được lưu trữ ở đó hay không. "
Các điều kiện hiện hành chắc chắn sẽ có lợi cho điều đó. Các khoáng chất wadsleyit và ringwoodit đậm đặc có thể (không giống như olivin ở độ sâu thấp hơn) lưu trữ một lượng lớn nước - trên thực tế lớn đến mức vùng chuyển tiếp về mặt lý thuyết có thể hấp thụ lượng nước gấp sáu lần lượng nước trong đại dương của chúng ta. Brenker nói: “Vì vậy, chúng tôi biết rằng lớp ranh giới có khả năng lưu trữ nước rất lớn. "Tuy nhiên, chúng tôi không biết liệu nó có thực sự làm như vậy hay không."
Một nghiên cứu quốc tế mà nhà địa chất học Frankfurt tham gia hiện đã đưa ra câu trả lời. Nhóm nghiên cứu đã phân tích một viên kim cương từ Botswana, Châu Phi. Nó được hình thành ở độ sâu 660 km, ngay giao diện giữa vùng chuyển tiếp và lớp phủ thấp hơn, nơi ringwoodit là khoáng chất phổ biến. Kim cương từ khu vực này rất hiếm, ngay cả trong số những viên kim cương hiếm có nguồn gốc siêu sâu, chỉ chiếm 1% kim cương. Các phân tích cho thấy rằng đá có chứa nhiều tạp chất ringwoodite — có hàm lượng nước cao. Hơn nữa, nhóm nghiên cứu đã có thể xác định thành phần hóa học của đá. Nó gần như giống hệt như mọi mảnh vỡ của đá lớp phủ được tìm thấy trong đá bazan ở bất kỳ đâu trên thế giới. Điều này cho thấy viên kim cương chắc chắn đến từ một mảnh bình thường của lớp phủ Trái đất. "Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã chứng minh rằng vùng chuyển tiếp không phải là một miếng bọt biển khô, mà chứa một lượng nước đáng kể", Brenker nói và cho biết thêm: "Điều này cũng đưa chúng ta đến gần hơn một bước với ý tưởng của Jules Verne về một đại dương bên trong Trái đất." Sự khác biệt là không có đại dương ở dưới đó, mà là đá ngậm nước, theo Brenker, sẽ không cảm thấy ẩm ướt hay nước nhỏ giọt.
Ringwoodite hydrous lần đầu tiên được phát hiện trong một viên kim cương từ vùng chuyển tiếp vào đầu năm 2014. Brenker cũng tham gia vào nghiên cứu đó. Tuy nhiên, người ta không thể xác định chính xác thành phần hóa học của viên đá vì nó quá nhỏ. Do đó, vẫn chưa rõ nghiên cứu đầu tiên về lớp phủ nói chung có tính đại diện như thế nào, vì hàm lượng nước của viên kim cương đó cũng có thể là kết quả của một môi trường hóa học kỳ lạ. Ngược lại, các tạp chất trong viên kim cương 1,5 cm từ Botswana, mà nhóm nghiên cứu đã điều tra trong nghiên cứu này, chúng tôi đủ lớn để cho phép xác định thành phần hóa học chính xác và điều này cung cấp xác nhận cuối cùng về kết quả sơ bộ từ năm 2014.
Hàm lượng nước cao của vùng chuyển tiếp có hậu quả sâu rộng đối với tình hình năng động bên trong Trái đất. Điều này dẫn đến có thể được nhìn thấy, ví dụ, trong các chùm lớp phủ nóng phát ra từ bên dưới, chúng bị mắc kẹt trong vùng chuyển tiếp. Tại đó, chúng làm nóng vùng chuyển tiếp giàu nước, do đó dẫn đến hình thành các chùm lông mới nhỏ hơn hấp thụ nước được lưu trữ trong vùng chuyển tiếp. Nếu những chùm lông nhỏ hơn giàu nước này bây giờ di chuyển xa hơn lên phía trên và phá vỡ ranh giới đến lớp phủ trên, điều sau sẽ xảy ra: Nước chứa trong các chùm lông được giải phóng, làm giảm điểm nóng chảy của vật liệu nổi lên. Do đó, nó tan chảy ngay lập tức và không chỉ trước khi nó chạm đến bề mặt, như thường xảy ra. Kết quả là, các khối đá trong phần này của lớp phủ Trái đất không còn cứng chắc về tổng thể, điều này mang lại cho các chuyển động của khối lượng năng động hơn. Vùng chuyển tiếp, nếu không hoạt động như một rào cản đối với các động lực ở đó, đột nhiên trở thành động lực của vòng tuần hoàn vật chất toàn cầu.
