Πριν από περίπου 4,6 δισεκατομμύρια χρόνια, η Γη δεν έμοιαζε καθόλου με τον ήρεμο, γαλάζιο κόσμο που βλέπουμε σήμερα. Συνεχείς και ισχυρές προσκρούσεις από το διάστημα διατηρούσαν την επιφάνεια και το εσωτερικό του πλανήτη σε μια ταραγμένη, τετηγμένη κατάσταση. Μεγάλο μέρος της Γης καλυπτόταν από έναν παγκόσμιο ωκεανό μάγματος, με θερμοκρασίες τόσο ακραίες που το υγρό νερό δεν μπορούσε να επιβιώσει. Ο νεαρός πλανήτης έμοιαζε περισσότερο με μια φλεγόμενη κάμινο παρά με ένα μέρος ικανό να υποστηρίξει ωκεανούς ή ζωή.
Σήμερα, ωστόσο, οι ωκεανοί καλύπτουν περίπου το 70% της επιφάνειας της Γης. Το πώς το νερό κατάφερε να επιβιώσει από τη μετάβαση από αυτή την πρώιμη πύρινη φάση σε έναν κατά βάση στερεό πλανήτη, αποτελεί επί μακρόν αίνιγμα για τους επιστήμονες και έχει οδηγήσει σε δεκαετίες ερευνών.
Το νερό που βρίσκεται κρυμμένο βαθιά μέσα στον πλανήτη
Μια πρόσφατη μελέτη με επικεφαλής τον καθηγητή Zhixue Du από το Ινστιτούτο Γεωχημείας της Κουανγκτσόου της Κινεζικής Ακαδημίας Επιστημών (GIGCAS) δίνει μια νέα εξήγηση. Η ομάδα διαπίστωσε ότι μεγάλες ποσότητες νερού θα μπορούσαν να έχουν αποθηκευτεί βαθιά μέσα στον μανδύα της Γης, καθώς αυτός ψυχόταν και κρυσταλλωνόταν από το λιωμένο πέτρωμα.
Τα αποτελέσματά τους, που δημοσιεύθηκαν στο περιοδικό Science στις 11 Δεκεμβρίου 2025, αλλάζουν τον τρόπο με τον οποίο οι επιστήμονες αντιλαμβάνονται την αποθήκευση νερού στα βάθη του πλανήτη. Οι ερευνητές έδειξαν ότι ο μπριτζμανίτης, το πιο άφθονο ορυκτό στον μανδύα της Γης, μπορεί να λειτουργήσει ως ένα μικροσκοπικό «δοχείο νερού».
Αυτή η ικανότητα ενδέχεται να επέτρεψε στην πρώιμη Γη να παγιδεύσει σημαντικές ποσότητες νερού κάτω από την επιφάνεια καθώς ο πλανήτης στερεοποιούνταν. Σύμφωνα με την ομάδα, αυτή η πρώιμη δεξαμενή νερού ενδέχεται να έπαιξε καθοριστικό ρόλο στη μεταμόρφωση της Γης από έναν εχθρικό, πύρινο κόσμο σε έναν πλανήτη ικανό να υποστηρίξει ζωή.
Δοκιμάζοντας την αποθήκευση νερού υπό ακραίες συνθήκες
Παλαιότερα πειράματα υποδείκνυαν ότι ο μπριτζμανίτης μπορούσε να συγκρατήσει μόνο μικρές ποσότητες νερού. Εκείνες οι μελέτες, ωστόσο, είχαν διεξαχθεί σε σχετικά χαμηλές θερμοκρασίες. Για να επανεξετάσουν το ζήτημα, οι ερευνητές έπρεπε να ξεπεράσουν δύο σημαντικά εμπόδια.
Χρειάστηκε να αναπαράγουν τις έντονες πιέσεις και θερμοκρασίες που επικρατούν σε βάθος μεγαλύτερο των 660 χιλιομέτρων κάτω από την επιφάνεια της Γης, και έπρεπε να ανιχνεύσουν εξαιρετικά μικρά ίχνη νερού σε δείγματα ορυκτών, ορισμένα από τα οποία ήταν λεπτότερα από το ένα δέκατο του πλάτους μιας ανθρώπινης τρίχας και περιείχαν μόλις μερικές εκατοντάδες μέρη ανά εκατομμύριο (ppm) νερού.
Για να αντιμετωπίσει αυτές τις προκλήσεις, η ομάδα κατασκεύασε μία κυψελίδα άκμονος διαμαντιού (diamond anvil cell) σε συνδυασμό με θέρμανση μέσω λέιζερ και απεικόνιση υψηλής θερμοκρασίας. Αυτή η ειδικά σχεδιασμένη εγκατάσταση τους επέτρεψε να ανεβάσουν τις θερμοκρασίες έως και τους ~4.100 °C περίπου. Αναπαράγοντας τις συνθήκες του βαθύ μανδύα και μετρώντας με ακρίβεια τις θερμοκρασίες ισορροπίας, οι ερευνητές μπόρεσαν να εξερευνήσουν πώς η θερμότητα επηρεάζει τον τρόπο με τον οποίο τα ορυκτά απορροφούν το νερό.
Προηγμένα εργαλεία αποκαλύπτουν το κρυμμένο νερό
Χρησιμοποιώντας τις προηγμένες αναλυτικές εγκαταστάσεις του GIGCAS, οι επιστήμονες εφάρμοσαν τεχνικές που περιλαμβάνουν την κρυογονική τρισδιάστατη περίθλαση ηλεκτρονίων και το NanoSIMS. Σε συνεργασία με τον καθηγητή LONG Tao από το Ινστιτούτο Γεωλογίας της Κινεζικής Ακαδημίας Γεωλογικών Επιστημών (CAGS), ενσωμάτωσαν επίσης την τομογραφία ανιχνευτή ατόμων (APT).
Μαζί, αυτές οι μέθοδοι λειτούργησαν ως «χημικοί αξονικοί τομογράφοι» και «φασματόμετρα μάζας» εξαιρετικά υψηλής ανάλυσης για τον μικροσκοπικό κόσμο. Αυτή η προσέγγιση επέτρεψε στην ομάδα να χαρτογραφήσει πώς κατανέμεται το νερό στο εσωτερικό των μικροσκοπικών δειγμάτων και να επιβεβαιώσει ότι το νερό είναι δομικά διαλυμένο μέσα στον ίδιο τον μπριτζμανίτη.
Ένας πολύ πιο υγρός βαθύς μανδύας από ό,τι αναμενόταν
Τα πειράματα αποκάλυψαν ότι η ικανότητα του μπριτζμανίτη να παγιδεύει νερό, η οποία μετράται από τον συντελεστή κατανομής νερού, αυξάνεται απότομα σε υψηλότερες θερμοκρασίες. Κατά τη θερμότερη φάση του ωκεανού μάγματος της Γης, ο νεοσχηματισθείς μπριτζμανίτης θα μπορούσε να έχει αποθηκεύσει πολύ περισσότερο νερό από ό,τι πίστευαν κάποτε οι επιστήμονες. Αυτό το εύρημα αμφισβητεί τη μακροχρόνια υπόθεση ότι ο κατώτερος μανδύας είναι σχεδόν εντελώς ξηρός.
Χρησιμοποιώντας αυτά τα αποτελέσματα, η ομάδα προσομοίωσε τον τρόπο με τον οποίο ο ωκεανός μάγματος της Γης ψύχθηκε και κρυσταλλώθηκε. Οι προσομοιώσεις τους υποδεικνύουν ότι, επειδή ο μπριτζμανίτης συγκρατούσε το νερό τόσο αποτελεσματικά υπό συνθήκες ακραίας θερμότητας, ο κατώτερος μανδύας έγινε η μεγαλύτερη δεξαμενή νερού στο εσωτερικό της στερεάς Γης μετά την ψύξη του ωκεανού μάγματος. Το μοντέλο δείχνει ότι αυτή η δεξαμενή θα μπορούσε να είναι από πέντε έως 100 φορές μεγαλύτερη από τις προηγούμενες εκτιμήσεις, με τις συνολικές ποσότητες νερού να κυμαίνονται από 0,08 έως 1 φορά τον όγκο των σημερινών ωκεανών.
Πώς το νερό στα βάθη της Γης διαμόρφωσε την εξέλιξη του πλανήτη
Αυτό το βαθιά αποθηκευμένο νερό δεν παρέμεινε απλώς παγιδευμένο. Αντίθετα, λειτούργησε ως «λιπαντικό» για την εσωτερική μηχανή της Γης. Μειώνοντας το σημείο τήξης και το ιξώδες των πετρωμάτων του μανδύα, το νερό βοήθησε στην τροφοδότηση της εσωτερικής κυκλοφορίας και της κίνησης των τεκτονικών πλακών, προσφέροντας στον πλανήτη μακροπρόθεσμη γεωλογική ενέργεια.
Με την πάροδο τεράστιων χρονικών περιόδων, ένα μέρος αυτού του νερού επέστρεψε αργά στην επιφάνεια μέσω της ηφαιστειακής και μαγματικής δραστηριότητας. Αυτή η διαδικασία συνέβαλε στον σχηματισμό της πρώιμης ατμόσφαιρας και των ωκεανών της Γης. Οι ερευνητές υποστηρίζουν ότι αυτή η θαμμένη «σπίθα νερού» μπορεί να υπήρξε καθοριστικός παράγοντας για την μετατροπή της Γης από μια πύρινη κόλαση στον γαλάζιο, φιλικό προς τη ζωή πλανήτη που γνωρίζουμε σήμερα.
