Ringwoodyt i woda we wnętrzu Ziemi

ring

Ringwoodyt to wysokociśnieniowa odmiana polimorficzna oliwinu, należąca do rodziny minerałów skałotwórczych. Mały kryształ ringwoodytu odnaleziony w diamencie przez naukowców z University of Alberta w Kanadzie jest jak do tej pory pierwszym tego typu okazem ziemskiego pochodzenia. Pozostałe sztuki pochodziły z meteorytów lub były wyprodukowane sztucznie. Dzięki testom próbki pochodzącej z wnętrza Ziemi badacze potwierdzili ostatnio hipotezę dotyczącą istnienia dużych ilości wody ukrytych w głębi naszej planety.

Badacze wykryli niespotykany minerał egzaminując diament wyłowiony w 2008 roku z koryta rzeki w obszarze Juina, w stanie Mato Grosso w Brazylii. Ringwoodyt (Mg, Fe 2+)2(SiO4) po raz pierwszy został zidentyfikowany w meteorycie Tenham w 1969 roku. Otrzymywano go także w laboratorium przez poddanie krzemianu magnezu i żelaza działaniu bardzo wysokich temperatur i ciśnień, symulując warunki panujące w strefie przejściowej (z ang. Transition Zone) płaszcza Ziemi. Powszechnie uważa się, że występuje on w głębi płaszcza w znacznych ilościach, ale dalej nie ma możliwości przeprowadzenia badań terenowych na ekstremalnych głębokościach od 410 do 660 km. Wspomniany wcześniej diament z ringwoodytem został najprawdopodobniej wyniesiony na powierzchnię przez skałę wulkaniczną zwaną kimberlitem. Ringwoodyt, który należy do grupy krzemianów wyspowych jest elementem ciągłego szeregu izomorficznego utworzonego przez forsteryt Mg2SiO4 (Fo) oraz fajalit Fe2SiO4 (Fa). Szczegółowe wyniki badań zostały opublikowane w prestiżowym czasopiśmie Nature, 13 marca 2014 roku.

Wczesne prace dotyczące ringwoodytu z 1980 wykazały, że może materiał może magazynować wodę w postaci grup hydroksylowych (jonów wodorotlenowych). Doprowadziło to do powstania teorii, że w strefie przejściowej płaszcza ziemskiego mogą znajdować się duże ilości wody zamknięte w skałach wykształconych w warunkach wysokiego ciśnienia. Przedstawione wówczas modele oraz przeprowadzone zdalnie pomiary przewodności elektrycznej w strefie przejściowej nie dały jednak jednoznacznych wyników. Wysokociśnieniowe fazy mineralne takie jak ringwoodyt powstają na skutek przemian metamorficznych. Te odnalezione w meteorytach narodziły się prawdopodobnie w efekcie zderzeń i rozbicia meteoroidu, co miało bezpośredni wpływ na teksturę. Szacuje się, że do powstania stabilnej, polimorficznej odmiany oliwinu wewnątrz Ziemi potrzebne było bardzo wysokie ciśnienie w zakresie od 18 do 23 GPa. Badacze określili obszar występowanie minerału na około 520 do 660 km pod powierzchnią. Sejsmiczne nieciągłości na 410, 520 i 660 km głębokości zostały przypisane zmianom fazowym z udziałem oliwinu i jego odmian polimorficznych. Właściwości fizyczne ringwoodytu zmieniają się w zależności od ciśnienia i temperatury. Obliczone wartości gęstości wynoszą odpowiednio 3,564 g/cm^3 dla czystego Mg2SiO4, 3,691 g/cm^3 dla Fo90 (typowego dla strefy przejściowej) oraz 4,845 g/cm^3 dla Fe2SiO4. Ringwoodyt syntetyzowany laboratoryjnie w warunkach odpowiednich dla strefy przejściowej zawierał do 2,6% wagowego wody.

Na ziemski okaz ringwoodytu naukowcy trafili zupełnie przypadkowo. Szukali zupełnie innego minerału, a za około 20 dolarów kupili wyłowiony przez poszukiwaczy z rzeki brązowawy diament o średnicy 3 mm. Nikt nie spodziewał się, że zabrudzona i na pierwszy rzut oka bezwartościowa skała kryje w sobie inkluzję ringwoodytu. Niespotykane wtrącenie zostało odnalezione przez doktoranta Johna McNeilla w 2009 roku. Próbkę analizowano przez kilka lat za pomocą spektroskopii w podczerwieni oraz dyfrakcji rentgenowskiej zanim znalezisko zostało oficjalnie potwierdzone. Wtrącenie w diamencie zawierało maksymalnie 1,5% wagowego wody. W oparciu o szczegółowe dane, naukowcy obliczyli że strefa przejściowa może teoretycznie przechowywać do 1,4 × 10^12 mld ton wody – więcej niż wszystkie oceany świata razem wzięte. Badacze przypominają, że pojedyncza próbka z pewnością nie jest reprezentatywna dla całej objętości strefy. Mimo wszystko oznacza to, że znajdują się w niej jak to określili „mokre plamy” uwięzione w skałach w postaci grup wodorotlenowych.

Uczeni uznali znalezisko za niezwykle rzadkie z powodu niestabilności ringwoodytu. W tym przypadku diament zadziałał jak ochronna kapsuła. Sejsmolodzy i geofizycy są zdania, że nowe informacje mogą pomóc w badaniach wpływu topnienia i osłabiania skał na ruchy płyt tektonicznych i aktywności wulkanicznej.

Źródło:
[1] D. G. Pearson, F. E. Brenker, F. Nestola, J. McNeill, L. Nasdala, M. T. Hutchison, S. Matveev, K. Mather, G. Silversmit, S. Schmitz, B. Vekemans, L. Vincze. Hydrous mantle transition zone indicated by ringwoodite included within diamond. Nature, 2014; 507 (7491): 221 DOI: 10.1038/nature13080
[2] http://news.ualberta.ca/newsarticles/2014/march/rare-mineral-points-to-vast-oceans-beneath-the-earth [15.03.2014]
[3] http://www.nature.com/nature/journal/v507/n7491/full/nature13080.html [15.03.2014]
[4] http://en.wikipedia.org/wiki/Ringwoodite [15.03.2014]
[5] BlueRingwoodite By Jasperox, CC-BY-3.0 via Wikimedia Commons

Dodaj pierwszy komentarz

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *