Twee nieuw ontdekte mineralen kunnen diep in de aarde grote hoeveelheden water vasthouden. De vondst biedt een mogelijke verklaring voor de manier waarop onze planeet haar water miljarden jaren lang heeft behouden.
Water bedekt het grootste deel van het aardoppervlak, maar mogelijk bevindt een aanzienlijk deel van de voorraad zich duizenden kilometers onder onze voeten. Niet als vloeibare ondergrondse oceaan, maar als waterstof die chemisch is opgesloten in mineralen.
De ontdekking wordt beschreven in een studie in Nature Geoscience. Een internationaal onderzoeksteam identificeerde twee nog onbekende ijzeroxyhydroxiden, Fe₅O₁₂Hₓ en Fe₇O₁₂Hₓ, die onder de extreme omstandigheden van de onderste aardmantel stabiel blijven.
Mantel nagebootst tussen diamanten
De onderzoekers gebruikten diamantstempelcellen om de omstandigheden diep in de aarde na te bootsen. Daarbij werden minuscule monsters tussen twee diamanten samengeperst en met lasers verhit tot circa 2.100 à 2.500 graden Celsius. De druk bedroeg maximaal 198 gigapascal, bijna twee miljoen keer de atmosferische druk.
Opvallend genoeg ontstonden de nieuwe verbindingen zelfs wanneer het uitgangsmateriaal minder dan 0,1 procent water bevatte. Zeer kleine hoeveelheden waterstof blijken dus voldoende om sterk gehydrateerde mineralen te stabiliseren.
Waterreservoir boven de aardkern
De onderste mantel loopt van ongeveer 660 tot 2.900 kilometer diepte. Omdat de ontdekte mineralen relatief zwaar zijn, kunnen ze tijdens het afkoelen van de jonge aarde naar de grens tussen mantel en kern zijn gezonken. Daar zouden ze oeroud water gedurende miljarden jaren hebben kunnen vasthouden.
Volgens berekeningen kan een mantel die voor slechts één procent uit Fe₅O₁₂Hₓ bestaat al een aanzienlijk deel van de geschatte waterstofvoorraad van de silicatische aarde bergen. Waarschijnlijk komen zulke concentraties alleen lokaal voor.
Water kan weer opstijgen
Het opgeslagen water hoeft niet voorgoed opgesloten te blijven. Mantelstromingen kunnen waterrijk materiaal omhoogvoeren. Door de afnemende druk worden de mineralen instabiel, waarna het water via magma, mantelpluimen en vulkanisme uiteindelijk het aardoppervlak kan bereiken.
De mineralen zijn vooralsnog alleen in het laboratorium aangetoond. Hun aanwezigheid diep in de aarde is dus nog niet bewezen. De resultaten maken wel aannemelijk dat de watercyclus van onze planeet zich uitstrekt tot aan de rand van de aardkern.
