På stora djup under jord är det väldigt varmt och trycket växer - helvetet är värre än vad Dante beskrev. Men nyligen har forskare börjat misstänka att det finns något i detta helvete som ingen förväntade sig att hitta där - vatten. Och i stora mängder: på ett djup av fyra hundra kilometer är underjordiskt vatten tio gånger mer än i haven på jorden.
Men det här vattnet flyter inte eller stänker. Den finns i form av droppar, ibland flera eller till och med en enda molekyl inbäddad i kristallgitteret av mineraler. Men det är detta vatten som kan kasta ljus på några olösta mysterier om jordens ursprung, om de stora utbrotten av vulkaner med lavafloder.
Det finns många olika anspelningar på existensen av detta "dolda" vatten. Den första är den otillräckliga mängden vatten på vår planet jämfört med meteoriter. Forskare har funderat på detta mysterium i många år.
Enligt Thomas Ahrens, en geofysiker vid California Institute of Technology i Pasadena, kan du uppskatta hur mycket vatten som var i solsystemet i sin tidiga ungdom om du analyserar sammansättningen av meteoriter som har kommit ner till oss från de avlägsna dagarna. De innehåller cirka tre procent vatten och på jorden innehåller det små fraktioner av en procent (av den totala massan). En naturlig fråga uppstår: vart gick allt detta vatten?
Många forskare tror att det snart efter jordens bildning slogs av en himmelsk kropp på samma storlek som Mars. Det slog ut en betydande del av massan från vilken månen bildades, berövade vår planet atmosfären och samtidigt det mesta av vattnet. Men det finns indikationer på att något förblev i jordens djup.
Den första är innehållet av isotoper helium-3 och helium-4 i lavautsprång från vulkaner. Helium-4 bildas som ett resultat av radioaktivt sönderfall, och helium-3 förblev från de första ögonblicken av universums födelse. Enligt Ahrens kommer helium-3 från djupa stenar, det är mycket mer flyktigt än vatten. Om det finns helium-3 i jordens djup är det mycket möjligt att det också finns vatten. "Helium-3 ger oss tydliga bevis för att jorden innehåller olika ämnen i dess bergarter", betonar Arens.
Den andra är kimberliter, stenar berikade med järn och magnesium, som kommer upp till jorden från dess mantel genom smala kanaler. De höjer med sig diamanter, som bara kan förekomma på minst 180 kilometer djup. De färdas längs dessa rör och stenar som liknar glimmer, vilket ger mycket vatten på övervåningen.
Kampanjvideo:
Stephen Haggerty från University of the American State of Massachusetts upptäckte att kimberliter bär upp ett mineral som kallas majorite, som bildas på djup av 300 till 670 kilometer. Och därifrån tar de med vatten, och 670 kilometer är gränsen mellan övre och nedre manteln.
Seismiska data vittnar också om vatten: vatten saktar ner ljudets hastighet genom stenar. Det är precis vad geologer ser - seismiska vågor passerar oförklarligt långsamt genom manteln. Fram till slutet av åttiotalet under förra seklet trodde man att jordens insida var tillräckligt torr. Den allmänt accepterade synvinkeln var att det kan finnas vatten under ytan, men inte djupare än 200 kilometer, vidare har det helt enkelt ingenstans att gömma sig. Klipporna är för heta för att innehålla vatten.
Genombrottet kom vid University of Colorado när Joseph Smith studerade ett mineral som heter Wadsleyite. Den består av kisel, magnesium och syre och ligger enligt forskare på ett djup av 400 till 700 kilometer under jordens yta. Naturligtvis kan forskare inte titta på ett sådant djup och utforska mineralet under naturliga förhållanden. De skapar en "helvete" värme och tryck för dem i sina laboratorier. Wadsleyite har studerats sedan 1960 men i torr form. Smiths upptäckt var att han upptäckte dess ovanliga egenskap - även när den värms upp över hundra grader behåller den vatten.
År 1987 upptäckte en grupp australiska forskare under ledning av Ted Ringwood att flera andra mineraler kan innehålla vatten vid höga temperaturer och tryck. Jay Bass från University of Illinois noterade: "Vi insåg plötsligt att det finns hav och vatten under jorden." Det uppskattas att wadsleyite kan innehålla 3,3% vatten. Det låter inte särskilt imponerande, men det kan finnas en avgrund av wadsleyite under jorden. Enligt Smith kan det på ett djup av 400-500 kilometer finnas sextio procent wadsleyite, och sedan kommer en måttlig 3,3% av vattnet i det att ge oss tio av jordens havsvatten, som diskuterades i början.
Dan Frost, en geolog vid Washington Geophysical Laboratory, tror att det kan finnas ännu mer vatten. Hans personal uppskattar att glasiga lavamaterial kan innehålla upp till fem hundra delar per miljon vatten. Och det är ytterligare trettio hav. Huvudproblemet är att forskare får all information om mantelns mineraler från dess övre lager. Därefter kommer extrapoleringen att hela manteln är enhetlig.
Sökningen fortsatte och 1997 hittade en grupp ledd av Smith wadsleyite-II, ett annat vattenbärande mineral som inte sönderfaller ens djupt i manteln. Och ändå är detta bara hypoteser om hur mineraler kommer att bete sig under underjordiska förhållanden.
Förekomsten av vatten inuti kan i hög grad påverka händelser som uppkomsten av nya öar och massiva utbrott av vulkanisk lava. Båda är exempel på "hot spots", som enligt forskare representerar utsprången av smält lava till ytan. Man trodde tidigare att lavan kommer till ytan på grund av uppkomsten av heta bubblor, men möjligheten att vätskeindunstningsprocessen kan vara orsaken till uppgången övervägdes aldrig.
De främsta invändningarna från motståndare till underjordiska hav är enkla och begripliga: under påverkan av höga temperaturer måste vatten avdunsta. Men experimentet ger fler och fler bevis till förmån för grundvattens anhängare. Guust Nolet från Princeton upptäckte att seismiska hastigheter oväntat var långsamma i den tektoniska skölden under Centraleuropa. Det är en gammal kontinent och består av kalla, täta stenar, där inget får leda till en minskning av seismiska vågars hastighet. Nolet anser att djupt vatten är den enda möjliga förklaringen.
Hypotesen om hav under vattnet föddes just, och forskare har ännu inte översatt den till kategorin en tillförlitlig teori. Ett av de senaste forskningsområdena är ett försök att förstå om vatten passerar från ytan till jordens djup och hur mycket av det kommer ut därifrån. I synnerhet anser Nolet att området under Europa ständigt matas av vatten från ytan. Intressanta beräkningar pågår om hur grundvatten kan påverka atmosfärens tillstånd, växthuseffekten, nuvarande och framtida klimat.
Alexander Semyonov