De fleste av oss lever i den lykkelige villfarelse at alt vannet på Jorden befinner seg oppå jordskorpen. Virkeligheten er en helt annen. Jorden har i uminnelige tider slukt enorme mengder med havvann.
Mye av vannet havner langt nede i Jordens indre. Noen forskere mener at så mye som halvparten av vannreservoaret på Jorden befinner seg inni kloden.
Postdoktor Valentina Magni på Senter for Jordens utvikling og dynamikk (CEED) forsker på hvor mye vann som renner ned i Jorden, hvordan dette foregår og hvordan deler av dette vannet spys opp igjen.
For å forstå forskningen hennes, er vi nødt til å ta et lite dypdykk i platetektonikken, et fagfelt som først så dagens lys for vel femti år siden. Platetektonikken er den vitenskapsgrenen innen geologien som forklarer hvordan jordskorpen endrer seg. Jordskorpen består av en rekke tektoniske plater. Noen av dem er kontinentalplater. Andre er havbunnsplater. Alle platene beveger seg på toppen av mantelen, som er den meget seigtflytende og glovarme massen nede i Jorden. Når to plater beveger seg mot hverandre, og da snakker vi enten om en kontinentalplate som kolliderer med en havbunnsplate, eller to havbunnsplater som kolliderer med hverandre, kan den ene havbunnsplaten bli presset ned og inn mot Jordens indre.
Vannet forsvinner i havsprekker
Når havbunnsplatene presses ned i mantelen, ser de ut som underjordiske tunger. Geologene kaller dem for subduksjoner. Ettersom tungene er tyngre enn mantelen, synker de videre nedover i mantelen. I løpet av ett år synker platene to til ti centimeter ned i dypet. Det er opptil ti meter på hundre år. I løpet av én million år kan en plate ha sunket videre ned i mantelen med så mye som 100 kilometer.
I områder der den ene havplaten synker ned i Jordens indre, kan det skapes sprekker under havbunnen. Det er nettopp gjennom disse sprekkene at havvannet renner ned i Jorden.
– Når platene synker ned i mantelen, brekkes de lite grann. Da trenger vannet enda lenger ned.
Hvert minutt forsvinner mer enn én million liter havvann. Dette høres kanskje ikke så mye ut, men i løpet av en million år, en tidsskala som geologene elsker å bruke, renner det omkring 700 000 kubikkilometer vann ned i Jordens indre. Dette tilsvarer mer enn hele Svartehavet.
Størst tap rundt Stillehavet
Med noen få unntak ligger alle subduksjonssonene rundt Stillehavsregionen.
– Det største «vannsluket» er i det dype havområdet langs kysten ved Andesfjellene.
En femtedel av alt vannet som renner ned i Jordens indre, kommer derfra. Havsprekken i Polynesia i Stillehavet sluker en åttendedel av alt vannet. Utenfor Stillehavet er det også en del lekkasjer; i Karibia, sør i Italia og innerst i Middelhavet.
Når vannet renner ned i disse subduksjonsområdene, reagerer det med bergartene og lagres som mineraler. Jo lenger platetungene synker ned i den glovarme mantelmassen, desto varmere blir de.
De eldste havbunnsplatene er de kaldeste og de som synker raskest ned i mantelen. De rekker å komme langt ned i mantelen før de blir varmet opp. Og det er nettopp disse kalde og raske platene som tar med seg mest vann.
Når platene fortsetter nedover i mantelen, øker både temperaturen og trykket. Da vil noen av mineralene bryte sammen og frigi vannet.
Returnerer i vulkaner
Når vannet senker smeltetemperaturen til mantelmassen, blir den lettere enn den omkringliggende mantelmassen og vil derfor stige til værs som varmesøyler. Mange av dem blir til vulkaner.
En del av vannet kommer derfor tilbake igjen til jordoverflaten allerede i løpet av noen få tusen år. Resten av vannet forsvinner ned i Jordens indre.
– Vi vet ennå ikke hvor mye vann som havner langt nede i mantelen og hvor mye som returnerer til Jordens overflate. Her er det en hærskare estimater med store feilmarginer, men mange hevder at det fins så mye som en hel havmasse i mantelen. Det betyr med andre ord at halvparten av alt vannet i verden befinner seg nede i mantelen. Men ikke alle er enige i dette.
Mye vann i Jordens indre
Flere og flere studier viser at det fins en sone i mantelen på mellom 410 og 660 kilometers dyp som er mer vannholdig enn resten av mantelen. Vanninnholdet styrer viskositeten – som sier hvor tyktflytende eller seig massen er. Jo mer vann i mantelen, desto lavere er iskositeten. Da flyter den lettere. Dette er likevel ikke vann i fri form. Vannet har reagert med mantelmassen.
– Det er nettopp i dette dypet i mantelen at mesteparten av vannet er lagret. Vi vet ennå ikke hvor lang tid det vil ta før dette vannet er resirkulert og sendt tilbake til jordoverflaten.
Varmesøyler som går igjennom det vannholdige området i mantelen, kan på vei oppover ta med seg vann, men dette tar veldig lang tid.
Fenomenet ble oppdaget da det ble funnet diamanter fra mantelen med vann i seg.
– Jeg forsøker å forstå hvordan mengden med vann dypt nede i mantelen har endret seg gjennom historien. I fortiden var mantelen varmere. Da var det kanskje vanskeligere for vannet å trenge ned i mantelen og bli der nede. Vi vet ikke hvor mye vann vi har på planeten, fordi vi ikke aner hvor mye vann som er i mantelen. Det er derfor viktig å vite når vannet begynte å renne ned i mantelen.
– Om fenomenet startet for to eller tre milliarder år siden, har noe å si for hvor mye vann som fins i planeten vår.
Avanserte beregninger
Ved hjelp av matematiske modeller skal Valentina Magni beregne hvor vannet blir av.
I modellene tar hun hensyn til trykk, temperatur, hvor mye vann og hvilke mineraler som er i de forskjellige tungene, når mineralene bryter sammen, hvor mye vann som forsvinner underveis og hvor mye vann som blir med dypt ned i Jorden.
– Da kan vi beregne hvor mye av vannet som forsvinner videre ned i mantelen og hvor mye som kommer opp igjen gjennom vulkaner. Vannholdig magma er svært eksplosiv. Det er derfor de mest brutale vulkanene som spyr vannet ut igjen, slike som Vesuv og Stromboli.
Ikke alle vulkaner er eksplosive. Det finnes også varme strømmer, slik som vulkanen på Hawaii.
– Selv om varme strømmer ikke er spesielt eksplosive, kan det tenkes at også denne vulkantypen har med seg vann fra den spesielt vannholdige sonen nede i mantelen.
Selv om den matematiske modellen høres avansert ut, sprenger den ikke kapasiteten på Abelmaskinen, som er en av landets raskeste tungregnemaskiner.
– Hver beregning tar bare noen timer, forteller Valentina Magni på Senter for Jordens utvikling og dynamikk.
Denne artikkelen er opprinnelig publisert i Apollon, UiOs forskningsmagasin, februar 2018: Jordens indre sluker verdenshav