A Föld mélyén, a felszín alatt mintegy 700 kilométerrel, egy elképesztő mennyiségű víz rejtőzhet. A kép nem egy hagyományos, hullámzó tenger, hanem víz, amely a köpeny ásványainak kristályszerkezetébe zártan tárolódik. A feltáruló kép szerint ez a rejtett rezervoár akár a felszíni óceánok összesített térfogatát is többszörösen meghaladhatja. A felfedezés gyökeresen alakítja át a Föld belső folyamatainak megértését.
A mélységben megbúvó víztár nem összefüggő óceán, hanem szilárd köpenyásványokban kötött molekulák rendszere. Ennek ellenére a teljes készlet nagysága „felszíni” léptékben is sokkoló. A köpeny átmeneti zónájában és alatta, a gyémántnál is nagyobb nyomáson, a ringwoodit nevű ásvány kivételes hatékonysággal raktározza a vizet.
Váratlan jelek a Föld mélyéről
A bizonyítékok a földrengések által keltett szeizmikus hullámokból érkeztek. Ezek a hullámok az anyag sűrűségétől és összetételétől függően eltérően terjednek, apró, de következetes anomalíákat rajzolva ki. A mintázatok a vízzel telített ringwoodit és rokon ásványok jelenlétére utalnak. Laboratóriumi kísérletek és nagy nyomású szimulációk megerősítik, hogy e kristályrácsok tekintélyes mennyiségű vízmolekulát képesek befogadni.
A ringwoodit nem cseppekben „tartja” a vizet, hanem hidroxilcsoportok formájában, az ásvány rácsszerkezetébe beépülve. Így a Föld belsejében egy finoman eloszló, mégis hatalmas kiterjedésű víztár húzódik. Ez a kép túlmutat a felszíni óceánok egyszerű analógiáján, és egy teljesen más hidrológiai valóságot tár elénk.
Felszíni óceánok és mélységi víztár: két világ
A felszíni vizek szabadon hullámzó, napsugárzással és széllel érintkező rendszert alkotnak, amely a klímát és az éghajlati körforgást szabályozza. A mélyben ezzel szemben ásványokhoz kötött, lassan áramló víz készlete húzódik, amely geológiai időléptékben fejti ki a hatását. A mennyiségi összevetések szerint ez a belső tartalék akár háromszor annyi vizet is rejthet, mint az összes felszíni óceán.
Ez a kontraszt rámutat: bolygónk vízkészletének látható része csak a felszín története. A mélyben zajló folyamatok a lemeztektonika, a vulkanizmus és a köpenyáramlás lassú, de meghatározó szereplői. A két rendszer kölcsönhatása hosszú távon a Föld egészének stabilitását érinti.
Forradalmi vízkörforgás a bolygó belsejében
A felfedezés megerősíti, hogy létezik egy belső, „mélységi” vízkörforgás, amely a felszíni hidrológiai ciklussal párhuzamosan működik. A lemezalábukás vízben gazdag kőzetei vizet juttatnak a köpeny átmeneti zónájába. A vulkanizmus és a köpeny feláramlásai időnként visszajuttatják ezt a nedvességet a felszínre, gőzök és fluidumok formájában.
E körforgás befolyásolja a magma viszkozitását, a köpeny olvadékképződését és a földrengések dinamikáját. Sok kutató szerint a felszíni óceánok tartósságát is e belső rezervoár biztosíthatta, megakadályozva, hogy a víz a világűrbe elszökjön.
Élhető bolygó a mély víz árnyékában
A mélyben raktározott víz az éghajlati és geodinamikai stabilitás egyik legfontosabb tényezője lehet. Ha a belső ciklus nem tompítaná a felszíni vízkészlet ingadozásait, a Föld klímája szélsőségesebbé és kevésbé életbaráttá válhatna. A tudományos közösség egyre inkább úgy látja, hogy ez a rejtett víztár a Föld hosszú távú lakhatóságának záloga.
„E víztár nélkül a Föld ma talán Mars-szerűen száraz és élettelen lenne” – fogalmaz egy kutató találó képpel.
Kérdések, amelyek új kutatásokat indítanak
A mostani eredmények izgalmas, de nyitott kérdéseket sorakoztatnak fel:
- Mennyi a ténylegesen tárolt víz mennyisége a köpeny különböző zónáiban?
- Milyen gyakorisággal és milyen folyamatok révén jut vissza a felszínre ez a nedvesség?
- Változik-e a készlet az egyes földtörténeti korok során, tágul-e vagy apad?
- Hogyan befolyásolja mindez a hosszú távú klímát és a lemeztektonikai ciklusokat?
E kérdések megválaszolása több tudományág együttműködését igényli, a terepi megfigyelésektől a laboratóriumi kísérletekig.
Technológiai áttörések küszöbén
A 700 km mélység vizsgálata embert próbáló feladat, amely közvetlen mintavételezésre nem ad lehetőséget. A kutatók a szeizmológia finom jeleit, a nagy nyomású ásványfizika eredményeit és a számítógépes modellezést ötvözik. Az adatintenzív módszerek, köztük a gépi tanulás, egyre pontosabb képet rajzolnak a láthatatlan tartományokról.
A következő években várhatóan javul a szeizmikus tomográfia felbontása, és kifinomultabb inverziós technikák teszik majd értelmezhetőbbé a mélyben futó mintázatokat. Mindez közelebb visz a Föld belső hidrológiájának feltérképezéséhez.
A Föld még mindig meglepetéseket tartogat
A mélységi víztár felfedezése emlékeztet, mennyire korlátozott a közvetlen rálátásunk bolygónk belsejére, és mennyire gazdag a rejtett dinamika. A köpenyben tárolt víz megértése átírja a vulkanizmus, a lemeztektonika és a klímaváltozás összefüggéseit. Lehet, hogy ez csak az első nagy lépés: a Föld mélye további, sorsfordító titkokat rejthet, amelyek újra és újra átformálják a világról alkotott képünket.