Von Andy Coghlan

Wasser-Falle

Dirk Wiersma/Science Photo Library

Unser planet möglicherweise in blau von innen heraus. Der riesige Wasserspeicher der Erde könnte durch chemische Reaktionen im Mantel entstanden sein, anstatt durch Kollisionen mit eisreichen Kometen aus dem Weltraum anzukommen.,

Dieses neue Wasser steht möglicherweise unter einem solchen Druck, dass es Erdbeben Hunderte von Kilometern unter der Erdoberfläche auslösen kann-Zittern, deren Ursprünge bisher ungeklärt geblieben sind.

Das ist das Ergebnis einer Computersimulation von Reaktionen im oberen Erdmantel zwischen flüssigem Wasserstoff und Quarz, der häufigsten und stabilsten Form von Siliciumdioxid in diesem Teil des Planeten.

„So kann sich Wasser auf der Erde bilden“, sagt Teammitglied John Tse an der Universität von Saskatchewan in Kanada., „Wir zeigen, dass es möglich ist, Wasser in der natürlichen Umgebung der Erde zu bilden, anstatt außerirdischen Ursprungs zu sein.“

Die einfache Reaktion findet bei etwa 1400 °C statt und drückt 20.000 Mal höher als der Atmosphärendruck, da Siliciumdioxid oder Siliciumdioxid mit flüssigem Wasserstoff zu flüssigem Wasser und Siliziumhydrid reagiert.

Deep down

Die neueste Arbeit simuliert diese Reaktion unter verschiedenen Temperaturen und Drücken, die typisch für den oberen Mantel zwischen 40 und 400 Kilometer nach unten sind., Es stützt frühere Arbeiten japanischer Forscher, die die Reaktion selbst in 2014 durchgeführt und gemeldet haben.

„Wir haben eine Computersimulation sehr nahe an ihren experimentellen Bedingungen aufgebaut und die Flugbahn der Reaktion simuliert“, sagt Tse.

Aber in einer überraschenden Wendung zeigte die Simulation, dass sich das Wasser innerhalb von Quarz bildet, dann aber nicht entweichen kann und sich der Druck aufbaut.

„Die Wasserstoffflüssigkeit diffundiert durch die Quarzschicht, bildet aber kein Wasser an der Oberfläche, sondern in der Masse des Minerals“, sagt Tse., „Wir analysierten die Dichte und Struktur des eingeschlossenen Wassers und stellten fest, dass es stark unter Druck steht.“

Der Simulation zufolge könnte der Druck bis zu 200.000 Atmosphären erreichen. „Wir haben beobachtet, dass das Wasser unter hohem Druck stand, was zu induzierten Erdbeben führen könnte“, sagt Tse.

Quake trigger

Die Beben könnten ausgelöst werden, wenn das Wasser schließlich aus den Kristallen entweicht. „Es sind jedoch weitere Untersuchungen erforderlich, um die Menge an freigesetztem Wasser zu quantifizieren, die für die Auslösung tiefer Erdbeben erforderlich ist“, sagt Tse.,

Andere Forscher sagten, es sei plausibel, dass dieses Wasser tiefe Beben verursachte. „Diese Ergebnisse liefern wichtige Einblicke in die Reaktionen zwischen Quarz und Wasserstoff bei hohen Drücken“, sagt John Ludden, Executive Director des British Geological Survey. „Die Bildung und Freisetzung von überdrucktem Wasser kann ein bedeutender Auslöser in der tiefen Lithosphäre für ultratiefe Erdbeben sein, die sich manchmal weit unter der Kruste und in den steiferen Teilen tiefer Kontinentalplatten befinden.“

Die Ergebnisse können auch darüber Auskunft geben, wie unser Planet sein Wasser bekommen hat.,

Studien in den letzten Jahren haben Hinweise darauf gefunden, dass mehrere Ozeane Wasser im Wert von bis zu 1000 Kilometern in Fels eingeschlossen haben, was die Annahme in Frage stellt, dass Wasser nach der Entstehung der Erde aus dem Weltraum gekommen ist. Eine in dieser Woche veröffentlichte Studie, die zum Beispiel auf Isotopen von Meteoriten und Erdmantel basiert, ergab auch, dass Wasser wahrscheinlich nicht auf eisigen Kometen angekommen ist, nachdem sich die Erde gebildet hat, wie lange angenommen wurde.

Stattdessen scheint all diese Forschung darauf hinzudeuten, dass ein Großteil des Wassers unseres Planeten von innen gekommen sein könnte – obwohl noch niemand genau weiß, wie viel.,

Origin story

„Solange die Versorgung mit Wasserstoff aufrechterhalten werden kann, kann man spekulieren, dass Wasser, das aus diesem Prozess gebildet wird, während der frühen Akkretion der Erde zum Ursprung von Wasser beitragen könnte“, sagt Tse. „Im Mantel gebildetes Wasser kann auf vielfältige Weise an die Oberfläche gelangen, beispielsweise durch Magma in Form vulkanischer Aktivitäten.“

Es ist möglich, dass Wasser heute noch tief in der Erde auf diese Weise hergestellt wird, und dasselbe könnte für andere Planeten gelten.,

Die neuen Simulationsergebnisse sind ziemlich überraschend, „denn anstatt Wasserstoff in die Quarzkristallstruktur zu binden, stört es die Struktur vollständig, indem es sich mit Sauerstoff verbindet und wasserreiche Regionen unter der Oberfläche bildet“, sagt Lydia Hallis an der Universität von Glasgow, Vereinigtes Königreich. „Die Studie zeigt, wie die Mineralien, aus denen der Erdmantel besteht, große Mengen Wasser aufnehmen können und wie die Erde wahrscheinlich bis zu ihrem Kern „nass“ ist.,“

Aber trotz des Potenzials, dass der Prozess viel Wasser der Erde geschaffen hat, glaubt Ludden, dass es im Vergleich zum Wassereintrag von wasserreichen Kometen, Meteoriten und Asteroiden klein und lokalisiert sein kann. „Ich denke, es ist vernünftig anzunehmen, dass viel Wasser auf diese Weise gekommen ist“, sagt er.