Syvällä piileskelevä vesi rautaoksihydroksidien kätköissä

Kuvittele vesivarasto jalkojesi alla, ei järvi tai valtameri, vaan vesi, joka on lukittuna mineraalikiteisiin lähes kahden tuhannen kilometrin syvyydessä. Pienet määrät vetyä tiheisiin rautapitoisiin mineraaleihin kätkettynä saattavat pitää hallussaan planeettamme varastoa, jota emme ole osanneet epäillä.

Vesi ei rajoitu vain pintavirtoihin ja pilviin. Se pehmentää kiveä, voitelee vaipan hitaat virtaukset ja auttaa planeettaa kierrättämään lämpöä ja helposti haihtuvia aineita geologisilla aikaskaaloilla. Siksi syvä vesi toimii hiljaisena tekijänä, joka säätelee tektoniikkaa ja ilmastoa. On pitkään kiistelty, pääsikö tämä vesi paikoilleen planeetan muodostumisen yhteydessä vai toimitettiinko se myöhemmin asteroidien mukana. Tähän asti emme kuitenkaan ole löytäneet uskottavia kantajia, jotka selviäisivät vaipan pohjassa vallitsevasta musertavasta paineesta ja polttavasta lämmöstä.

Seismologit ovat kartoittaneet arvoituksellisia hyvin alhaisen nopeuden alueita ytimen ja vaipan rajapinnassa (vaipan alimmat kerrokset sijaitsevat noin 660-2 900 kilometrin syvyydessä maanpinnasta). Nuo poikkeamat viittasivat siihen, että siellä tapahtui jotain epätavallista. Selvittääkseen, mitä äärimmäisessä ympäristössä voisi piillä, tutkijat jäljittivät ydin-vaippa-olosuhteet laserilla lämmitetyillä timanttipuristimilla: pienillä näytteillä, joita puristettiin timanttien väliin ja pommitettiin laserilla, jotta saavutettiin samat paineet ja lämpötilat kuin tuhansien kilometrien syvyydessä maan kuoren alla.

Paine-lämpötilaolosuhteet rautaoksihydroksidien muodostumiselle.

Näissä olosuhteissa tiimi löysi kaksi aiemmin tuntematonta rautaoksihydroksidia, Fe5O12Hx ja Fe7O12Hx, jotka muodostuvat ja pysyvät stabiileina siellä, missä monet muut hydratoituneet faasit hajoavat. Nämä mineraalit pystyvät lukitsemaan vetyä jopa silloin, kun lähtöaineissa on vähemmän kuin 0,1 prosenttia vettä, mikä tekee niistä erinomaisia ehdokkaita veden varastoimiseksi muuten kuivan syvän vaipan sisälle. Ne ovat myös tiheämpiä kuin ympäröivä kiviaines, mikä tarkoittaa, että ne olisivat voineet kiteytyä varhaisessa Maapallon historiassa ja vajota kohti ytimen ja vaipan rajapintaa alunperäisen pohjamagma-altaan jäähtyessä.

Voisiko tuo vesi pysyä hautautuneena ikuisesti? Ei välttämättä. Vaipan kierto voi kuljettaa materiaalia ylöspäin, ja paineen alenema voi hajottaa hydratoituneita mineraaleja, jolloin vety vapautuu ja voi sitoutua muihin faaseihin tai nousta kohti pintaa pluumien ja tulivuorten mukana. Tämä tarjoaa reitin, hidas mutta todellinen, jolla syvä vesi voi vuosimiljoonien tai -miljardien aikana palata lähelle pintaa ja liittyä uudelleen pintakiertoon.

Tutkimus auttaa myös selittämään aiemmin laboratoriossa havaitun arvoituksen, niin kutsutun H-vaiheen: mitä oli pidetty omituisena, kuivana korkeapaineisena faasina, saattoikin olla oksihydroksidi, joka muodostui kokeissa esiintyneen vähäisen vedyn seurauksena. Mineraalifysiikko Leonid Dubrovinsky ja muut ovat korostaneet, että pienikin kosteus voi riittää vakauttamaan nämä yhdisteet, mikä ratkaisee pitkään jatkuneen ristiriidan kokeiden ja teorian välillä.

Kysymyksiä on jäljellä. Kuinka paljon vettä nämä rautaoksihydroksidit todellisuudessa voivat varastoida? Mitä niille tapahtuu tarkalleen ytimen ja vaipan rajapinnassa? Ja millä aikaskaaloilla hautautunut vesi voi palata pintaan? Siitä huolimatta löytö syventää ja kummastuttaa Maapallon vesitarinaa: syvä vaippa saattaa toimia vähemmän karuna kivikerroksena ja enemmän hitaasti liikkuvana arkistona planeetan haihtuville aineille.