Nước không chỉ duy trì sự sống mà còn đóng vai trò quan trọng trong hoạt động của lớp phủ Trái Đất. Nước giúp đá biến dạng và chuyển động, qua đó tác động đến kiến tạo mảng, chu trình carbon và quá trình tái chế vật chất trong lòng hành tinh.
Nước đi sâu vào lòng Trái Đất bằng cách nào?
Một giả thuyết cho rằng nước đã được đưa đến Trái Đất bởi các tiểu hành tinh trong giai đoạn hành tinh hình thành. Một khả năng khác là nước được bổ sung vào lớp phủ sau đó.
Tuy nhiên, vị trí chính xác mà nước được lưu giữ ở độ sâu lớn vẫn chưa được xác định rõ. Một nghiên cứu mới cho rằng nước có thể tồn tại gần ranh giới giữa lớp phủ và lõi ngoài, ở độ sâu khoảng 2.900km.
Lớp manti dưới kéo dài từ độ sâu khoảng 660km đến 2.900km. Các khoáng vật phổ biến nhất tại đây như bridgmanite và ferropericlase được cho là gần như không chứa nước. Một số khoáng vật khác có thể giữ nước nhưng khó ổn định trong điều kiện nhiệt độ và áp suất cực cao.
Để tìm kiếm khả năng khác, các nhà khoa học sử dụng thiết bị đế đe kim cương kết hợp gia nhiệt bằng laser, mô phỏng điều kiện khắc nghiệt sâu trong lòng Trái Đất.
Kết quả cho thấy hai hợp chất sắt oxyhydroxide mới, Fe5O12Hx và Fe7O12Hx, có thể hình thành ngay cả khi lượng nước ban đầu rất thấp. Trong một số thí nghiệm, vật liệu ban đầu chứa chưa đến 0,1% nước nhưng vẫn đủ hydro để ổn định các pha khoáng vật này.
Giải thích nguồn gốc của một loại khoáng vật mới
Điều đáng chú ý là các khoáng vật mới có mật độ cao hơn đá xung quanh và có thể ổn định ở phần đáy lớp phủ. Vì vậy, khi đại dương magma nguyên thủy của Trái Đất nguội và kết tinh, những khoáng vật chứa nước này có thể đã hình thành rồi chìm xuống khu vực ranh giới giữa lõi và lớp phủ.
Nước được lưu giữ theo cách này không tồn tại dưới dạng một "đại dương ngầm", mà nằm trong cấu trúc của khoáng vật.
Khi vật chất trong lớp phủ được đẩy lên trên do các dòng đối lưu, áp suất giảm có thể khiến những khoáng vật này mất ổn định và giải phóng nước vào các pha khoáng vật khác. Một phần nước cuối cùng có thể trở lại bề mặt thông qua các dòng vật chất nóng và hoạt động núi lửa.
Phát hiện này cũng có thể giúp giải thích nguồn gốc của "pha H", một khoáng vật từng được quan sát trong các thí nghiệm áp suất cao. Các nhà nghiên cứu cho rằng lượng hydro rất nhỏ có thể đã góp phần ổn định pha này, thay vì nó hoàn toàn không chứa nước như từng giả định.
"Có vẻ như ngay cả một lượng rất nhỏ hydro cũng đủ để ổn định các hợp chất sắt ngậm nhiều nước này", Leonid Dubrovinsky, nhà vật lý khoáng vật học và chuyên gia tinh thể học tại Đại học Bayreuth (Đức), cho biết.
Tuy nhiên, các nhà khoa học vẫn chưa xác định được chính xác lượng nước mà những khoáng vật này có thể lưu giữ, cũng như điều gì xảy ra khi chúng tiếp cận ranh giới giữa lõi và lớp phủ. Khả năng và thời gian để lượng nước này quay trở lại bề mặt cũng cần được nghiên cứu thêm.
Phát hiện mới cho thấy chu trình nước của Trái Đất có thể kéo dài xuống gần rìa lõi hành tinh, mở thêm hướng nghiên cứu về cách Trái Đất lưu giữ và vận chuyển nước trong suốt lịch sử địa chất.
