Een team van onderzoekers onder leiding van Ho-Kwang Mao van het Carnegie-instituut in de Verenigde Staten lijkt een mysterie te hebben ontdekt dat geologen lange tijd heeft gekweld. De auteurs legden uit uit welk mineraal de zones van vertragende seismische golven op de kern-mantelgrens bestaan, en reproduceerden het proces van zijn vorming in het laboratorium. Als de conclusies van de wetenschappers kloppen, blijken dergelijke zones een gigantische opslag van zuurstof te zijn, die de geschiedenis van het leven op aarde kan beïnvloeden. Een wetenschappelijk artikel met de resultaten van het onderzoek is op 22 november 2017 gepubliceerd in het tijdschrift Nature.
Hoe weten we wat er onder onze voeten is? Deze simpele vraag bezorgt geologen hoofdpijn. De reis naar het centrum van de aarde bestaat alleen in de pagina's van sciencefictionboeken, maar in feite is de recordboordiepte amper 12 kilometer.
Seismische golven kwamen wetenschappers te hulp, die zich op verschillende manieren in gesteenten met verschillende dichtheden verspreiden, waardoor ze ‘echografie’ tot in de diepten van onze planeet kunnen uitvoeren. De informatie die uit een dergelijke scan kan worden gehaald, is echter onvolledig. Vaak roepen de ontvangen antwoorden alleen nieuwe vragen op. Eigenlijk, zoals op elk ander wetenschapsgebied.
Op een diepte van 2900 km bevindt zich de kern-mantelgrens. Geologen hebben al lang gebieden ontdekt waarin seismische golven ongewoon langzaam bewegen. Ze werden ultralage snelheidszones genoemd, in het Engels ultralage snelheidszones, vandaar de afkorting UVZ. Maar wat is het? Welk mysterieus materiaal vertraagt de trilling van de aarde zo erg?
Deze kwestie is al lang besproken door wetenschappers en er zijn al veel hypothesen voorgesteld. Ze hebben echter allemaal één nadeel: het is noodzakelijk om uit te leggen hoe de noodzakelijke substantie als geheel op zo'n diepte verscheen.
Het team van Ho-Kwan lijkt twee vliegen in één klap te hebben geslagen. De onderzoekers vonden ter plekke een geschikt mineraal en een eenvoudig mechanisme voor de vorming ervan. Het is waar dat dit succes leidde tot de vraag of er iets in de geschiedenis van de biosfeer van de aarde moest worden herzien.
Het mineraal dat de auteurs leuk vonden, is ijzerperoxide FeO2Hx (het aantal waterstofatomen kan verschillen). Over het werk van hun voorgangers gesproken, ze zeggen dat ze stabiel zijn in de omstandigheden van de onderste mantel.
Maar waar haal je het vandaan? Om deze vraag te beantwoorden, hebben wetenschappers een klein deel van de helse diepten in het laboratorium nagebootst. Diamantgrijpers comprimeerden de substantie, waardoor een druk van 860 duizend atmosfeer ontstond. Een laserstraal die door transparante diamantplaten drong, verwarmde de reagentia tot 1900 graden Celsius.
Promotie video:
Onder deze omstandigheden, zoals de auteurs ontdekten, wordt ijzerperoxide gevormd uit de eenvoudigste componenten: ijzer en water. Er zit zoveel ijzer in de kern van de aarde als nodig is - in feite is het voornamelijk gemaakt van dit metaal. En water? Volgens de auteurs zinkt jaarlijks 300 miljoen ton water in de diepten van de mantel als gevolg van de beweging van tektonische platen. Volgens hun berekeningen zou een tiende van het water in de Wereldoceaan voldoende zijn om de gehele waargenomen UVZ te creëren. Ter vergelijking: volgens sommige schattingen is er 90 keer meer water in het binnenste van de aarde, inclusief de korst, mantel en kern, dan op het oppervlak.
Het blijkt dat aan de rand van de mantel en de kern het benodigde mineraal wordt gevormd uit stoffen die daar voldoende zijn. Maar is dit echt verantwoordelijk voor het beeld dat op seismogrammen wordt waargenomen?
Onderzoekers hebben dit ook getest. Door experimenten en theoretische berekeningen te gebruiken, ontdekten ze dat de vereiste eigenschappen (geluidssnelheid, dichtheid, enz.) Een mengsel hebben waarin 40-50% ijzerperoxide is, en de rest is in de gebruikelijke rotsen van de onderste mantel. De eigenschappen van zo'n mengsel komen uitstekend overeen met de observatiegegevens van UVZ. Het lijkt erop dat het geheim van de mysterieuze "vertragingszones" is onthuld.
Maar deze ontdekking roept andere interessante vragen op. Zoals uitgelegd in een persbericht van de studie, vertegenwoordigen ijzerperoxideafzettingen een gigantisch zuurstofreservoir. Van tijd tot tijd kan zuurstof vrijkomen en de oppervlakte bereiken. De implicaties van dergelijke gebeurtenissen en hun mogelijke verband met klimaatverandering, massa-uitstervingen en andere grootse gebeurtenissen moeten nog worden bestudeerd.
