Elk schoolkind leert over de watercyclus:verdamping, condensatie, neerslag, en collectie. Maar wat als er een diepe aardse component van dit proces zou plaatsvinden op geologische tijdschalen die onze planeet ideaal maakt voor het in stand houden van het leven zoals wij dat kennen?

Nieuw werk gepubliceerd in de Proceedings van de National Academy of Sciences door Yanhao Lin en Michael Walter van Carnegie - samen met voormalige Carnegie-wetenschappers en huidige medewerkers Ho-Kwang "Dave" Mao en Qingyang Hu van het Center for High Pressure Science and Technology Advanced Research Shanghai en Yue Meng van Argonne National Laboratory - toont aan dat een sleutel mineraal genaamd stishoviet is in staat om grote hoeveelheden water op te slaan en te transporteren, zelfs onder extreme omstandigheden zoals die in de onderste mantel van de aarde.

Dit is belangrijk, omdat het laat zien dat aanzienlijke hoeveelheden water verder in de mantel aanwezig kunnen zijn dan eerder werd gedacht, wat aangeeft dat een hele mantel waterkringloop mogelijk is.

"Om in de mantel te komen, water moet worden opgenomen in mineralen op het oppervlak en vervolgens stabiel in die structuren worden gehouden onder de omstandigheden die diep in de planeet worden aangetroffen, ", legt hoofdauteur Lin uit.

De onderzoekers gebruikten laboratoriumgebaseerde mimicry om het mineraal stishoviet te bestuderen, dat is een hogedrukvorm van kwarts, wanneer het met water onder hoge druk en temperatuuromstandigheden is. We weten al dat aanzienlijke hoeveelheden water kunnen worden opgeslagen in silicaatmineralen in de bovenmantel van de aarde, die tussen 100 en 670 kilometer (of 62 tot 416 mijl) diep is. Maar het team onderzocht stishoviet en water onder gesimuleerde omstandigheden zoals die diep in de onderste mantel, die bestaat tussen 670 en 2, 900 kilometer (of 416 tegen 1, 802 mijl) naar beneden, waar men dacht dat veel minder water stabiel kon worden opgeslagen in mineralen.

"Stishoviet is een mineraal op basis van silica en een belangrijk onderdeel van de oceanische korst." legde Mao uit. "In de platentektoniek, er zijn gebieden die subductiezones worden genoemd waar een oceanische plaat onder een continentale plaat schuift, zinken van het aardoppervlak in de diepte. Wanneer dit gebeurt, stishoviet wordt in de mantel getransporteerd."

De ontdekking van diamanten met waterhoudende minerale insluitsels die afkomstig zijn uit diepten tot ongeveer 700 kilometer (of 535 mijl) in de mantel, onthulde dat water inderdaad minstens zo ver naar beneden komt als het het juiste mineraal vindt om mee te liften.

Stishoviet is zo'n mineraal, maar is het in staat om nog dieper water op te nemen, naar beneden in de onderste mantel? Dit is wat de onderzoekers wilden ontdekken.

Ze onderwierpen kleine monsters van stishoviet met water aan een bereik van ongeveer 320, 000 tot 510, 000 keer normale atmosferische druk en verwarmd tot een bereik van ongeveer 1, 000 tot 1, 500 graden Celsius simuleert een gradiënt die overgaat van de bovenste mantelomstandigheden naar de lagere mantelomstandigheden. Opmerkelijk, ze ontdekten dat stishoviet zelfs onder deze omstandigheden grote hoeveelheden water kan opnemen.

"Als water kan worden opgeslagen in mineralen bij lagere manteldrukken en temperaturen, het zou erop kunnen wijzen dat er een wereldwijde watercyclus plaatsvindt op zeer lange geologische tijdschalen, " legde Walter uit. "Dit zou ons begrip kunnen veranderen van hoe diepe planetaire interieurs het watergehalte aan de oppervlakte kunnen beïnvloeden of beheersen."