📄 معروضة نسخة «بسيط» — «متقدم» غير جاهزة بعد. أضفه إلى المفضّلة للمساعدة في تسريعها. اطلب التحليل الكامل

في أعماق الأرض، على بعد مئات الكيلومترات تحتنا، توجد طبقة يمكنها امتصاص الماء مثل الإسفنجة. المعادن هناك — وادسلايت (wadsleyite) ورينغووديت (ringwoodite) — يمكنها حبس ما يصل إلى 1-2% من وزنها ماءً داخل شبكتها البلورية. هذا يعني أن منطقة الانتقال في الوشاح (بين 410 و660 كم) قد تخفي ماءً أكثر من كل محيطات السطح مجتمعة. ولكن هل هذه الإسفنجة ممتلئة فعلاً؟

باحثو الدراسة الجديدة بنوا نموذجًا حاسوبيًا لتتبع مصير الماء في هذه الطبقة. جمعوا بين فيزياء الوشاح الصلب، وكيمياء المعادن، وتدفقات الحرارة. أظهر النموذج أن الماء الذي يدخل منطقة الانتقال لا يبقى هناك كوزن ثقيل. بل يجعل الصخر أخف، فيبدأ بالصعود ببطء — بسرعة سنتيمترات في السنة، ولكن بثبات. بعد عشرات الملايين من السنين، يصل هذا التيار الصاعد "الرطب" إلى الحدود حيث يتحول الوادسلايت إلى أوليفين (olivine)، وهنا يتحرر الماء.

الماء المنطلق يخفض درجة حرارة انصهار الصخر، فتتشكل قطرات من الذوبان. وهي أخف من الوشاح المحيط بها، لذا تواصل الصعود — بشكل أسرع، إما بالتسرب عبر الحبيبات الصلبة أو بالطفو كـ"فقاعات" منفصلة. عملية مماثلة تحدث أيضًا عند الحدود السفلية لمنطقة الانتقال: فمن الأعلى تهبط ألواح باردة (ألواح محيطية غاطسة) تحمل الماء أيضًا. على عمق حوالي 660 كم، تسخن، ويخرج الماء، وتبدأ الذوبانات الخفيفة رحلتها عائدة إلى الأعلى.

وهكذا، فإن منطقة الانتقال ليست مستودعًا بل محطة عبور. يبقى الماء هناك لفترة تتراوح بين 80 و430 مليون سنة، وفي أي لحظة يكون كميته قليلة — أقل من 0.1% من الوزن، أي أقل من خمس كتلة المحيط الحالي. لكن هذا يكفي لتنظيم مستوى الماء على السطح. إذا أصبح المحيط ضحلًا، يتخلى الوشاح عن بعض الرطوبة عبر البراكين؛ وإذا زاد الماء كثيرًا، يذهب جزء منه إلى الأعماق مع الألواح. هذا النظام الشبيه بالثرموستات قد يعمل أيضًا على كواكب صخرية أخرى، مما يساعدها على الحفاظ على محيطاتها لمليارات السنين.

الملخص الأصلي

كما كتبه المؤلفون، بالإنجليزية arXiv:2602.13820

The spinel phase (wadsleyite, ringwoodite) in the mantle transition zone (MTZ), can contain up to 1-2 weight percent of water. However, whether these water reservoirs in the MTZ are filled is debated. Here, we investigate water dynamics in the MTZ numerically by using a newly developed empirical model of deep hydrous mantle melting combined with 2D thermo-hydro-mechanical-chemical (THMC) upper mantle models. Numerical modeling results suggest that water-induced buoyancy triggers the development of hydrous solid-state mantle upwellings in the MTZ. On time scales of some tens of millions of years, they rise to and interact with the spinel-olivine phase transition. Depending on the water content and temperature of these thermal-chemical plumes, this crossing may trigger hydrous melting by water release from the wadsleyite upon its conversion to olivine. The melts are less dense than the solid matrix and continue rising upward in the form of either diapirs or porosity waives. Similar dehydration-induced melting process3 is also documented for the lower MTZ boundary, where hydrous downwellings (such as subducted slabs) generate buoyant melt diapirs rising through the MTZ. We therefore suggest that the MTZ operates as a transient water reservoir. Relatively small amounts of water (less than 0.1 weight percent, smaller than 0.2 ocean masses) and a geologically moderate duration (80-430 Myr) of the transient water storage should be characteristic for the MTZ, which may play a key role in stabilizing the surface ocean mass on Earth and Earth-like rocky exoplanets.