Một kho của nước có thể được che giấu hơn 250 dặm (400 km) dưới chân bạn.
Đó là nơi lớp phủ của Trái đất gặp lớp vỏ. Địa học từ lâu đã cho rằng bên dưới vùng chuyển tiếp này (bắt đầu từ 255 dặm, hoặc 410 km, sâu) một khoáng chất chứa đầy nước gọi là brucite là không ổn định và do đó bị phân hủy, gửi các phân tử nước chảy về phía bề mặt của hành tinh.
Nhưng nghiên cứu mới cho thấy rằng trước khi brucite - đó là 50% oxit magiê và 50% nước - bị phân hủy, nó biến đổi thành một cấu trúc 3D ổn định hơn khác. Phát hiện này, chi tiết trực tuyến vào ngày 21 tháng 11 trên tạp chí Proceedings of the National Academy of Science, có nghĩa là có một vũng nước nằm sâu hơn trên Trái đất so với trước đây.
"không hoàn toàn mong đợi", đồng tác giả nghiên cứu Andreas Hermann, giảng viên vật lý tính toán tại Đại học Edinburgh, Scotland, cho biết. "bởi vì mọi người đã nghiên cứu tài liệu này trong nhiều thập kỷ và không ai từng nghĩ đến việc xem liệu sẽ có một giai đoạn khác trước khi cuối cùng nó sụp đổ."
Thăm dò trái đất sâu
Các nhà khoa học trước đây tin rằng brucite chỉ ổn định ở tận vùng chuyển tiếp, lớp sâu 155 dặm (250 km) ngay dưới lớp phủ phía trên. Một phần, cấu trúc của khoáng sản đã thông báo quan điểm này. Brucite là một vật liệu phân lớp trong đó các phân tử trong mỗi lớp liên kết chặt chẽ với nhau nhưng kết nối yếu với các lớp khác. Một vật liệu như thế này, nếu được ép với đủ áp lực, phải trải qua một số loại thay đổi. Các nhà nghiên cứu trước đây cho rằng để đáp ứng với áp lực vùng chuyển tiếp, đạt tới khoảng 200.000 bầu khí quyển, brucite sẽ vỡ vụn. (Một bầu khí quyển xấp xỉ là áp suất ở mực nước biển).
Không thể thăm dò trực tiếp Trái đất sâu, Hermann và đồng tác giả của mình, Mainak Mookherjee, giáo sư địa chất tại Đại học bang Florida, đã sử dụng các tính toán cơ học lượng tử, phân tích các cấu trúc khác nhau có thể cho brucite trong điều kiện Trái đất sâu.
"Đây là điện toán dữ liệu lớn," Hermann nói. "Chúng tôi tạo ra hàng ngàn cấu trúc, tối ưu hóa tất cả chúng và thực hiện các phép tính đủ chính xác để nếu một cái gì đó nổi bật hơn ổn định hơn một thứ khác, chúng tôi có thể nói rằng nó là như vậy."
Brucite là một khoáng chất được nghiên cứu kỹ lưỡng và tương đối đơn giản. Mặc dù vậy, Hermann nói rằng chìa khóa cho các tính toán mới là bỏ qua các giả định hiện có về brucite. Sau vài tháng chạy các cấu trúc khác nhau thông qua chương trình máy tính của họ, các nhà nghiên cứu đã tìm thấy một pha brucite trước đây chưa biết có thể chịu được áp lực cao được tìm thấy ở lớp phủ dưới.
Ngay cả với giai đoạn mới này của brucite, các nhà khoa học vẫn không thể đo trực tiếp lượng chất trong lớp phủ hoặc lượng nước khoáng giữ được. Tuy nhiên, Hermann và Mookherjee đã tìm ra tính chất đàn hồi của pha brucite mới. Biết được điều này, Hermann cho biết, các nhà địa chấn học có thể phát hiện ra lượng brucite trong lớp phủ là bao nhiêu vì chữ ký của trận động đất khác nhau dựa trên độ đàn hồi của đá mà chúng di chuyển.
Tại sao vấn đề brucite
Các ước tính hiện tại cho thấy Trái đất sâu có thể chứa nhiều nước như tất cả các đại dương trên bề mặt hành tinh cộng lại. Hồ chứa nước này, và brucite trove bổ sung cũng có thể chứa, cực kỳ quan trọng đối với sự di chuyển của các vật liệu qua Trái đất. Khi các khoáng chất chứa nước đi xuống qua các lớp của Trái đất, các vật liệu cuối cùng bị phân hủy, giải phóng nước khiến nó quay trở lại bề mặt, thường thông qua hoạt động của núi lửa.
Nước rất cần thiết cho việc tái chế khoáng sản thông qua núi lửa và kiến tạo mảng, bởi vì nó cung cấp chất bôi trơn cần thiết cho các vật liệu đá khác nhau di chuyển qua nhau, như xảy ra trong các khu vực hút chìm. Nó cũng giúp một số vật liệu hòa tan khi di chuyển qua chu kỳ đá. Không có nước, Hermann nói, hành tinh sẽ đi vào bế tắc địa chất. Điều này có nghĩa là không có lớp vỏ hoặc đất mới và dừng lại ở núi lửa; những thay đổi này có thể có tác động thảm khốc trên đất và khí quyển của hành tinh.
Bên cạnh sự hiểu biết có khả năng thay đổi của các nhà khoa học về các hồ chứa nước nằm sâu bên dưới bề mặt Trái đất, Hermann cho biết nghiên cứu này vô địch một cách suy nghĩ mới về Trái đất sâu nói chung. Các nhà nghiên cứu sẽ không tìm thấy giai đoạn mới này nếu họ thích phiên bản được chấp nhận, ông nói.
