Woda krąży w skałach od milionów lat, ale w skali całej planety jest to obieg niezwykle płytki i powierzchniowy. Wody podziemne znajdując się na głębokości nawet 500 metrów czy kilometra są tak naprawdę niewielką częścią dużo większych zasobów znajdujących na głębokości setek kilometrów.
Czytaj też: Ta woda liczy aż 390 mln lat i nie nadaje się do picia. Wydobyto ją w niezwykły sposób
Na początku przyjrzyjmy się budowie wnętrza Ziemi, bo ona jest kluczowa dla zrozumienia, czym są tytułowe superoceany. Najbardziej zewnętrzną warstwę naszej planety stanowi skorupa ziemska, którą dzielimy na oceaniczną i kontynentalną. Pierwsza z nich jest cieńsza i jej grubość sięga 20 kilometrów, natomiast kontynentalna potrafi dochodzić swoją miąższością do ok. 50 kilometrów. Porównując do promienia Ziemi, który wynosi około 6371 kilometrów, skorupa ziemska jest swoistym „kożuchem na mleku” naszej planety.
Pod skorupą zaczyna się płaszcz ziemski sięgający 2700 kilometrów głębokości. Jest on umownie podzielony na płaszcz górny i dolny, a strefa przejściowa pomiędzy nimi rozpościera na 400-700 kilometrach. Warto dodać, ze płaszcz ziemski stanowi większość masy Ziemi. Składa się on w większości ze skał w stanie stałym. Jedynie najgłębsza część bywa podtapiana przez wyjątkowo gorące, płynne jądro zewnętrzne.
Jądro Ziemi również składa się z dwóch części. Wcześniej wspomniane jądro zewnętrzne w stanie płynnym sięga do głębokości 5100 kilometrów. Dalej już znajduje się stało jądro wewnętrzne, w którym temperatury sięgają nawet 6 tysięcy stopni Celsjusza.
Gdzie zatem może znajdować się owy wielki superocean? Naukowcy wskazują na strefę przejściową pomiędzy płaszczem ziemskim dolnym a górnym. Jednakże wiedzę na ten temat czerpiemy z bardzo pośrednich metod badawczych. Jak dotąd człowiek dowiercił się najdalej w głąb Ziemi do 12 kilometrów – jeszcze żadnej grupie badawczej nie udało się dostać dalej i zapewne nie uda się z uwagi na wysokie temperatury panujące we wnętrzu Ziemi, które mogłyby stopić maszyny wiertnicze, o bezpieczeństwie życia ludzkiego nie wspominając.
Czytaj też: To jezioro stało się już „drugim Morzem Martwym”. Co się tutaj dzieje z wodą?
O zasobach wody z dużych głębokości dowiadujemy się z badań fal sejsmicznych i analiz inkluzji w diamentach.
Skąd woda na dużych głębokościach? Superoceany “zaciągają” ją ze stref subdukcji
Pierwszą metodę wykorzystali sejsmolodzy z Uniwersytetu w Liverpoolu, którzy przeprowadzili analizę trzęsień ziemi w strefie subdukcji przy wyspach japońskich. To tam jedna płyta oceaniczna wsuwa się pod drugą, tworząc rów oceaniczny. Proces trwa nieustannie od milionów lat i generuje wiele trzęsień ziemi.
Naukowcy twierdzą, że w tym regionie płyta pacyficzna zanurza się na głębokość aż 100 kilometrów, czyli do górnego płaszcza. Analiza fal sejsmicznych wskazała na powstawanie w strefie subdukcji serpentynitu – skały składającej się z minerałów serpentynowych, które mają w swoim składzie grupę OH–. Powstają one w wyniku procesów hydrotermalnych, a w tym przypadku kontaktu z wodą oceaniczną.
Czytaj też: Pozaziemska woda w meteorycie. Jak można wykorzystać to odkrycie?
Występowanie tego typu skał na dużej głębokości sugeruje, że mogą być tam uwalniane spore ilości wody mające także wpływ na przebieg procesów wulkanicznych w pobliżu strefy subdukcji. Mimo że nie jest to dowód wprost na występowania olbrzymich zasobów czystego H2O w płaszczu ziemskim, jest to cenna poszlaka sugerująca, że poniżej skorupy ziemskiej mogą znajdować się minerały i skały wiążące w swojej strukturze cząsteczki wody.
Ringwoodyt dowodem na wodę w płaszczu Ziemi. Superoceany są tam ogromne
Diamenty są minerałami nie tylko atrakcyjnie wyglądającymi w biżuterii, ale także stanowią cenne źródło informacji o tym, co może znajdować się na dużych głębokościach. W 2008 roku w żwirze rzecznym w brazylijskim stanie Mato Grosso znaleziono interesujący okaz diamentu, który zawierał inkluzję minerału o nazwie ringwoodyt.
Nie byłoby nic dziwnego w diamencie z inkluzją, gdyby nie to, że ringwoodyt znamy tylko z próbek meteorytów i syntetycznie wytworzonych okazów. Jest to nietypowa, wysokociśnieniowa odmiana oliwinu (minerału krzemianowego), który zawiera do 2,5-3 proc. wagowych wody. Brazylijski okaz był pierwszym ziemskim, naturalnym okazem minerału, który w dodatku pochodzi ze skał wyniesionych z poziomu strefy przejściowej (dokładnie 410-660 kilometrów) pomiędzy dolnym a górnym płaszczem ziemskim.
Czytaj też: Lasy rosną głęboko pod powierzchnią oceanu. Ich rozmiary są naprawdę gigantyczne
Co prawda badana próbka ringwoodytu zawierała „tylko” 1 proc. wagowy wody, ale nie znaczy to, że w głębi Ziemi nie może jej być więcej. Sprawę skomentował dla Nature D.G. Pearson, główny autor badań nad mikroskopijną próbką minerału:
To może nie wydawać się dużo, ale kiedy zdasz sobie sprawę, ile może być w płaszczu Ziemi ringwoodytu, to cała strefa przejściowa pomieści tyle wody, ile wszystkie oceany razem wzięte.
Wyniki amerykańskich naukowców z Uniwersytetu Nowego Meksyku i Northwestern University wskazują na obecność stref zasobnych w H2O w płaszczu Ziemi. Oczywiście nie chodzi o olbrzymie podziemne jaskinie wypełnione czystą wodą, ale o wodę występującą w strukturze minerałów lub uwięzioną w inkluzjach.
Sensacyjne doniesienia studzili jednak sami naukowcy pracujący nad okazem ringwoodytu. Prawdopodobnie superoceany w płaszczu Ziemi nie są tak „mokre” i ogromne, a znaleziony diament jest jednym z niewielu i najwyżej świadczy o obecności pewnego miejsca we wnętrzu Ziemi, które jest zasobne w wodę. Na pewno nie można tej właściwości bezwarunkowo przypisywać do całej strefy przejściowej.
Skąd wzięła się woda na Ziemi? Superoceany mogą zdradzić odpowiedź
Co więcej możemy się dowiedzieć o superoceanach na podstawie tak małej próbki? Moglibyśmy poznać stosunek deuteru do zwykłego wodoru w zachowanych cząstkach wody. Naukowcy jednak nie podjęli się tych prób, ponieważ zniszczyłyby one jedyny dostępny okaz ringwoodytu na świecie.
Takie badanie przybliżyłoby nas do poznania, skąd mamy wodę na Ziemi. Jeśli stosunek izotopów wodoru byłby taki sam, jak w dzisiejszych wodach oceanicznych, to wówczas „płaszczowa woda” pochodziłaby z oceanicznych stref subdukcji. Natomiast jeśli wartość byłaby inna, to mamy dowód na to, że znajduje się ona od samego początku naszej planety. Dodatkowo porównując wartości ze stosunkiem izotopów w minerałach meteorytowych zawierających wodę, dowiedzielibyśmy się, czy woda na Ziemi nie pojawiła się dosłownie… z kosmosu.
Czytaj też: Znamy 5 krajów, które najbardziej zaśmiecają ocean. Wyrzucają do mórz najwięcej plastiku
W tym momencie są to tylko hipotezy bez żadnego podparcia w badaniach naukowych, ale obecność wody głęboko pod powierzchnią lądów i oceanów jest faktem. Chociaż termin superoceanów kojarzy się bardziej z fantastycznymi opisami z książki „Podróż do wnętrza Ziemi”, to nie wyklucza tego, że zasoby znajdujące się w płaszczu ziemskim mogą objętością dorównywać tym w chociaż w Pacyfiku czy Oceanie Atlantyckim.