Smeltend gesteente op 660 kilometer onder het aardoppervlak lijkt te duiden op de aanwezigheid van watermoleculen. Maar van oceanen in de diepe aarde, waar sommige media over berichten, is geen sprake.
Zit er water in de aardmantel? Het is een vraag die geofysici al tijden bezig houdt, en er komen steeds meer aanwijzingen dat het inderdaad het geval is. In een bijzondere aardlaag, ingeklemd tussen de boven- en de ondermantel op een diepte van 410 tot 660 kilometer, bevinden zich mineralen die waterstof- en zuurstofmoleculen (de bestanddelen van water) aan zich kunnen binden, en steeds meer onderzoek lijkt er op te wijzen dat ze dat inderdaad doen. Deze week nog toonde een groep Amerikaanse aardwetenschappers aan dat het mantelgesteente onder Noord-Amerika op een diepte van 660 kilometer aan het smelten is. Dit geldt als een teken dat er water in het spel is: op deze diepte is smelten zonder de aanwezigheid van water vrijwel onmogelijk, zo schreven de onderzoekers in Science.
De gelaagdheid van de aarde, met in de mantel de overgangszone (transitiezone) die waterstof- en zuurstofmoleculen kan bevatten.
University of New MexicoDe mantel
De aardmantel is de aardlaag die direct onder de korst ligt, en met een dikte van ongeveer 2900 kilometer maar liefst 83% van het totale volume van de aarde inneemt. De mantel bestaat voornamelijk uit olivijn, maar met de diepte (en dus de druk) verandert dit mineraal van kristalstructuur. Het diepte-interval van 410 tot 660 kilometer is een overgangszone, waar zich enkele van zulke faseovergangen voordoen. In deze zone neemt het mantelmateriaal de vorm aan van mineraalfases wadsleyiet en ringwoodiet, die beiden hydroxide-ionen (OH–) in hun kristalrooster op kunnen nemen. Hydroxide-ionen bestaan uit waterstof- en zuurstofatomen, de bouwstenen van water.
Smelt
Omdat mantelmateriaal stroperig is en langzaam beweegt, blijven de waterhoudende wadsleyiet en ringwoodiet niet eeuwig in de overgangszone hangen. Zodra ze de zone verlaten gaan ze echter over op een andere kristalstructuur, waar voor de watermoleculen geen plaats meer is. Het water komt dan vrij, en de gesteentekorrels smelten aan de randen, in een proces dat dehydration melting genoemd wordt. De Amerikanen denken deze smelt vlak onder de transitiezone te zien, op seismische plaatjes van de ondergrond van het gebied.
Een waterreservoir in de mantel?
“Oceanen vol water opgeslagen in de diepe aarde!”, schreeuwden de persberichten en nieuwskoppen de afgelopen dagen in koor, in reactie op het artikel. Sergei Matveev, petroloog aan de Vrije Universiteit Amsterdam moet er een beetje om lachen. Hij maakte deel uit van een internationaal team van geologen dat eerder dit jaar voor het eerst een ringwoodietkristal vond dat uit de overgangszone afkomstig was, en dat inderdaad water bleek te bevatten. “Toen schreven de kranten hetzelfde”, vertelt hij. “De slogan dateert al uit de jaren ’80, en werd geïntroduceerd door mensen die wat extra aandacht wilden genereren voor hun onderzoek.” Dat is aardig gelukt.
Er zit geen water in de mantel in de verschijningsvorm zoals wij die kennen, legt Matveev uit, het gaat ‘slechts’ om waterstof- en zuurstofmoleculen. “En hoeveel er daarvan aanwezig zijn weet niemand.” Alleen als je uitgaat van de maximale opnamecapaciteit voor waterstof- en zuurstofmoleculen, in álle kristallen in de overgangszone, dan kunnen er net zoveel van deze moleculen worden opgeslagen worden als in het water van de oceanen. Matveev: “Maar dat is wel heel erg speculatief.”