Ongeveer 4,6 miljard jaar geleden was de aarde totaal anders dan nu; het was een gesmolten hel. Desondanks was water veilig opgeslagen in het mineraal bridgmaniet, dat in staat is om grote hoeveelheden water vast te houden bij zeer hoge temperaturen. Dit fenomeen heeft wetenschappers eeuwenlang gefascineerd, vooral hoe water deze vroege gesmolten fase is doorgekomen naar een vast planetaire vorm.
Vandaag bedekken de oceanen ongeveer 70% van het aardoppervlak. Een recente studie onder leiding van professor Chi Xu Du van het Guangzhou Institute of Geochemistry heeft een nieuwe verklaring geboden voor dit intrigerende mysterie. De onderzoekers ontdekten dat grote hoeveelheden water waarschijnlijk zijn opgeslagen in de diepten van de aardmantel tijdens de afkoeling en het stollen van gesmolten gesteenten.
Gepubliceerd in het tijdschrift Science, toonden de onderzoekers aan dat bridgmaniet, het meest voorkomende mineraal in de aardmantel, kan fungeren als een microscopische “watercontainer”. Deze eigenschap zou de aarde in haar vroege dagen in staat hebben gesteld om aanzienlijke hoeveelheden water onder haar oppervlak vast te houden tijdens het stollingsproces.
Volgens het onderzoeksteam speelde dit vroege waterreservoir mogelijk een cruciale rol in de transformatie van de aarde van een vijandige en vurige wereld naar een planeet die leven kan ondersteunen.
Testen van wateropslag onder zware omstandigheden
Eerdere experimenten suggereerden dat bridgmaniet slechts kleine hoeveelheden water kon vasthouden, maar deze studies werden uitgevoerd bij relatief lagere temperaturen. Om deze kwestie opnieuw te bekijken, moesten de onderzoekers twee belangrijke obstakels overwinnen: ten eerste, het recreëren van de extreme druk en temperatuur die zich op meer dan 660 kilometer onder de aardoppervlak bevinden; en ten tweede, het detecteren van uiterst geringe sporen van water in minerale monsters, sommige zelfs dunner dan een tiende van de dikte van een mensenhaar.
Het team ontwikkelde een diamant-anvulcel met lasersystemen en hoge temperatuur thermografie. Hierdoor konden ze de temperatuur verhogen tot ongeveer 4100 graden Celsius. Door de omstandigheden van de diepe mantel na te bootsen en nauwkeurig de evenwichtstemperaturen te meten, konden de onderzoekers onderzoeken hoe warmte de absorptiecapaciteit van mineralen voor water beïnvloedde.
De experimenten onthulden dat de capaciteit van bridgmaniet om water vast te houden, gemeten aan de waterverdelingapparaat, sterk toeneemt met de stijgende temperatuur. Tijdens de heetste fasen van de gesmolten oceaan zou het pas gevormde bridgmaniet aanzienlijk meer water hebben opgeslagen dan eerder werd gedacht. Deze ontdekking daagt de lang heersende opvatting uit dat de ondermantel vrijwel droog is.
De invloed van diep water op de ontwikkeling van de aarde
Dit opgeslagen water in de diepten van de aarde bleef niet alleen opgesloten, het fungeerde ook als een “smeermiddel” voor de interne motor van de aarde. Door het verlagen van het smeltpunt en de viscositeit van mantelgesteenten, droeg dit water bij aan de interne rotatie en beweging van platen, waardoor de planeet een langdurige geologische energie kreeg.
Gedurende lange tijdsperioden heeft dit proces bijgedragen aan de vorming van de atmosfeer en de eerste oceanen van de aarde. De onderzoekers wijzen erop dat deze “water vonk”, verborgen diep in de aarde, mogelijk een cruciale factor is geweest in de transformatie van de aarde van een gesmolten hel naar de blauwe planeet die we vandaag kennen en die leven ondersteunt.
