- Naučnici su u laboratoriji simulirali uslove na oko 2.900 kilometara dubine i stvorili dva nova jedinjenja gvožđa, Fe₅O₁₂Hₓ i Fe₇O₁₂Hₓ.
- Ta jedinjenja mogu da vežu vodu i vodonik u dubokoj unutrašnjosti Zemlje, čak i kada početni materijal gotovo da nema vode.
- Otkriveni oksihidroksidi mogli bi da objasne kako se voda čuva blizu granice jezgra i plašta i vraća na površinu kroz vulkanizam.
Međunarodni istraživački tim otkrio je nepoznata jedinjenja gvožđa koja ostaju stabilna čak i pod ekstremnim uslovima, a nalaze se duboko u Zemljinoj kori. Ovi gvožđevi oksihidroksidi mogli bi poslužiti kao dugoročni rezervoari vode blizu granice između jezgra i plašta Zemlje.
Voda igra važnu ulogu duboko u unutrašnjosti Zemlje: ona utiče, na primer, na način na koji se stene tope i deformišu, kao i na transport hemijskih elemenata. Međutim, do sada nije bilo jasno koji minerali mogu da skladište vodu tokom dužeg perioda u ekstremnim uslovima dubokog plašta.
Geohemijska istraživanja vulkanskih stena sa ostrva Bafin u Kanadi i sa Islanda sugerišu da se deo vode prisutne od formiranja Zemlje možda i danas nalazi duboko u planeti.
Da bi replicirali ekstremne uslove pritiska i temperature duboko u Zemlji u laboratorijskim uslovima, istraživači su kompresovali male uzorke između dva dijamanta i zagrejali ih laserima. U ovom eksperimentu, uspeli su da dostignu pritisak od skoro 200 gigapaskala, oko dva miliona puta veći od atmosferskog pritiska na površini Zemlje, i temperature od oko 2.500 stepeni Celzijusa.
Pod ovim ekstremnim uslovima, formirana su dva ranije nepoznata gvožđe oksihidroksida: jedinjenja sastavljena od gvožđa, kiseonika i vodonika. Njihove hemijske formule su Fe₅O₁₂Hₓ i Fe₇O₁₂Hₓ.
"Ne možemo samo da bušimo duboko u Zemlju i uzimamo uzorke, najdublje bušenje je dostiglo samo oko 12 kilometara dubine u Zemljinu koru", napominje Konstantin Glazirin, rukovodilac operacija visokopritisne linije snopa P02.2 na nemačkom elektronskom sinhrotronu DESY.
Umesto toga, istraživači treba da repliciraju uslove koji se nalaze u unutrašnjosti Zemlje na dubini od oko 2.900 km u laboratoriji, a zatim da prouče koji se materijali formiraju u tako ekstremnom okruženju.
Rendgenski snimak malih kristala
Da bi odredili hemijski sastav i kristalne strukture novoformiranih jedinjenja, istraživački tim je koristio rendgenske zrake, između ostalih tehnika.
Zanimljivo je da nova jedinjenja nisu formirana samo od početnih materijala bogatih vodom. Istraživači su takođe bili u stanju da ih proizvedu iz uzoraka koji gotovo da nisu sadržali vodu.
"Čini se da su čak i veoma male količine vodonika dovoljne da formiraju ova jedinjenja gvožđa bogata vodom", zaključuje Leonid Dubrovinski iz Bavarskog istraživačkog instituta za eksperimentalnu geohemiju i geofiziku (BGI) na Univerzitetu u Bajrojtu.
Rođenje podzemnih divova
Novootkriveni gvožđevi oksihidroksidi mogli bi pomoći u skladištenju vodonika pod ekstremnim uslovima duboko u Zemlji. Konkretno, Fe₅O₁₂Hₓ može da sadrži velike količine vodonika.
Najvažnije otkriće je da se nova jedinjenja formiraju čak i u uslovima jake dehidracije - kada početni materijal sadrži manje od 0,1% vode. Unutrašnjost Zemlje nije džinovski podzemni okean. Voda tamo bi bila deo kristalne rešetke minerala u potpunom odsustvu slobodne tečnosti. A otkriveni oksihidroksidi su idealni za ovu ulogu.
Ispostavilo se da su znatno gušći od okolnih stena mantila. To znači da su, kada se drevni okean magme ohladio i kristalizovao u ranoj istoriji Zemlje, ovi minerali koji sadrže vodu potonuli na samo dno, dostižući granicu između mantila i jezgra.
Međutim, ovaj rezervoar nije potpuno zatvoren. Kada struje mantila povlače stenu naviše, pad pritiska razgrađuje minerale, oslobađajući vodu. Kroz perjanice mantila i vulkansku aktivnost, ova voda se na kraju vraća na površinu.
Uprkos otkriću, slika ciklusa ostaje nepotpuna. Naučnici još uvek nisu tačno izračunali koliko vode ove strukture sadrže i koliko brzo ona može da migrira na površinu.
Međutim, otkriće skrivenih oksihidroksida dokazuje da se Zemljin globalni hidrološki ciklus proteže sve do ivice njenog metalnog jezgra, objašnjavajući kako je planeta uspela da očuva svoje okeane milijardama godina.
Da li se ova jedinjenja zaista prirodno javljaju u unutrašnjosti Zemlje ostaje otvoreno pitanje. Međutim, nova otkrića dodaju još jedan deo slagalici razumevanja materijala i procesa u ekstremnim uslovima duboke Zemlje. Dalja istraživanja će istražiti kako se ova jedinjenja formiraju i ponašaju pod takvim uslovima.
Među učesnicima studije su istraživači iz Centra za napredna istraživanja u nauci i tehnologiji visokog pritiska (HPSTAR), Bavarskog istraživačkog instituta za eksperimentalnu geohemiju i geofiziku (BGI) na Univerzitetu u Bajrojtu, Evropskog centra za sinhrotronsko zračenje (ESRF), ETH Ciriha, Šangajskog instituta za primenjenu fiziku, nemačkog elektronskog sinhrotrona DESY i Gete univerziteta u Frankfurtu.
Vaše mišljenje nam je važno - ostavite komentar, nije potrebna registracija!
BONUS VIDEO: