Een enorme mondiale oceaan heeft misschien de vroege aarde bedekt tijdens de vroege Archeïsche eon, 4 tot 3,2 miljard jaar geleden, een bijwerking van het hebben van een warmere mantel dan vandaag, volgens nieuw onderzoek.

De nieuwe bevindingen dagen eerdere veronderstellingen uit dat de grootte van de wereldwijde oceaan van de aarde in de loop van de tijd constant is gebleven en bieden aanwijzingen over hoe de grootte ervan in de loop van de geologische tijd kan zijn veranderd, volgens de auteurs van de studie.

Het meeste oppervlaktewater van de aarde bevindt zich in de oceanen. Maar er is een tweede waterreservoir diep in het binnenste van de aarde, in de vorm van waterstof en zuurstof gebonden aan mineralen in de mantel.

Een nieuwe studie in AGU-vooruitgang , die high-impact publiceert, open-access onderzoek en commentaar over de aard- en ruimtewetenschappen, schat hoeveel water de mantel vandaag zou kunnen bevatten en hoeveel water het in het verleden zou kunnen hebben opgeslagen.

De bevindingen suggereren dat, aangezien de vroege aarde heter was dan nu, de mantel bevat mogelijk minder water omdat mantelmineralen bij hogere temperaturen minder water vasthouden. Ervan uitgaande dat de mantel momenteel meer dan 0,3-0,8 keer de massa van de oceaan heeft, een grotere oppervlakte oceaan zou hebben bestaan ​​tijdens de vroege Archean. In die tijd, de mantel was ongeveer 1, 900-3, 000 graden Kelvin (2, 960-4, 940 graden Fahrenheit), vergeleken met 1, 600-2, 600 graden Kelvin (2, 420-4, 220 graden Fahrenheit) vandaag.

Als de vroege aarde een grotere oceaan had dan vandaag, die de samenstelling van de vroege atmosfeer had kunnen veranderen en de hoeveelheid zonlicht kon verminderen die terug in de ruimte werd gereflecteerd, volgens de auteurs. Deze factoren zouden het klimaat en de habitat hebben beïnvloed die het eerste leven op aarde ondersteunden.

"Het is soms gemakkelijk om te vergeten dat het diepe binnenste van een planeet eigenlijk belangrijk is voor wat er met het oppervlak gebeurt, " zei Rebecca Fischer, een mineraalfysicus aan de Harvard University en co-auteur van de nieuwe studie. "Als de mantel maar zoveel water kan bevatten, het moet ergens anders heen, dus wat zich duizenden kilometers onder het oppervlak afspeelt, kan behoorlijk grote gevolgen hebben."

Het zeeniveau van de aarde is de afgelopen 541 miljoen jaar redelijk constant gebleven. Zeespiegels van eerder in de geschiedenis van de aarde zijn moeilijker te schatten, echter, omdat er weinig bewijs is overgebleven van de Archeïsche aion. In de geologische tijd, water kan zich via platentektoniek van de oceaan naar het binnenland verplaatsen, maar de grootte van die waterstroom is niet goed begrepen. Door dit gebrek aan informatie, wetenschappers hadden aangenomen dat de wereldwijde oceaangrootte constant bleef gedurende de geologische tijd.

In de nieuwe studie co-auteur Junjie Dong, een mineraal fysicus aan de Harvard University, ontwikkelde een model om de totale hoeveelheid water te schatten die de aardmantel mogelijk zou kunnen opslaan op basis van de temperatuur. Hij nam bestaande gegevens op over hoeveel water verschillende mantelmineralen kunnen opslaan en overwoog welke van deze 23 mineralen op verschillende diepten en tijden in het verleden van de aarde zouden zijn voorgekomen. Hij en zijn co-auteurs brachten die opslagschattingen vervolgens in verband met het volume van de oppervlakte-oceaan terwijl de aarde afkoelde.

juni Korenaga, een geofysicus aan de Yale University die niet betrokken was bij het onderzoek, zei dat dit de eerste keer is dat wetenschappers minerale fysica-gegevens over wateropslag in de mantel hebben gekoppeld aan de grootte van de oceaan. "Dit verband is in het verleden nooit aan de orde gesteld, " hij zei.

Dong en Fischer wijzen erop dat hun schattingen van de wateropslagcapaciteit van de mantel veel onzekerheid met zich meebrengen. Bijvoorbeeld, wetenschappers begrijpen niet helemaal hoeveel water kan worden opgeslagen in bridgmanite, het belangrijkste mineraal in de mantel.

De nieuwe bevindingen werpen licht op hoe de wereldwijde oceaan in de loop van de tijd kan zijn veranderd en kunnen wetenschappers helpen de watercycli op aarde en andere planeten beter te begrijpen, die waardevol kunnen zijn om te begrijpen waar het leven kan evolueren.

"Het is zeker nuttig om iets kwantitatiefs te weten over de evolutie van het mondiale waterbudget, zei Suzan van der Lee, een seismoloog aan de Northwestern University die niet aan het onderzoek heeft deelgenomen. "Ik denk dat dit belangrijk is voor gedetailleerde seismologen zoals ik, die de huidige mantelstructuur in beeld brengen en het watergehalte schatten, maar het is ook belangrijk voor mensen die op zoek zijn naar watervoerende exoplaneten en vragen waar ons water vandaan komt."

Dong en Fischer gebruiken nu dezelfde benadering om te berekenen hoeveel water er in Mars kan worden vastgehouden.

"Vandaag, Mars ziet er erg koud en droog uit, "Zei Dong. "Maar veel geochemisch en geomorfologisch bewijs suggereert dat het vroege Mars misschien wat water op het oppervlak heeft gehad - en zelfs een kleine oceaan - dus er is veel interesse in het begrijpen van de watercyclus op Mars."