V útrobách Zeme sa možno nachádzajú doposiaľ neznáme minerálne formy mangánu, ktoré by mohli objasniť niektoré z najväčších záhad geológie. Naznačuje to nová vedecká štúdia, podľa ktorej by sa v extrémnych podmienkach hlbokého zemského plášťa mohli vytvárať zlúčeniny, aké sa na povrchu planéty bežne nevyskytujú.
Výskumníci sa vo svojej práci publikovanej v odbornom časopise Physical Review B zamerali na zlúčeninu označenú ako Mn₄O. Ide o neobvyklú kombináciu mangánu a kyslíka, ktorá by podľa počítačových simulácií mohla zostať stabilná aj pri tlakoch dosahujúcich približne 150 gigapascalov. Takéto podmienky panujú tisíce kilometrov pod zemským povrchom v blízkosti hranice zemského jadra a plášťa.
Dôležité však je, že vedci túto látku zatiaľ fyzicky neobjavili. Jej existencia vychádza z teoretických modelov a výpočtov, ktoré naznačujú, že by mohla existovať v prostredí, kam sa ľudstvo nikdy nedostalo a pravdepodobne ani nedostane.
Nezvyčajná chémia pod obrovským tlakom
Mangán patrí medzi prvky, ktoré dokážu výrazne meniť svoje chemické vlastnosti v závislosti od okolitého prostredia. Kým na zemskom povrchu ho poznáme najmä z rúd, ocele či batérií, vo veľkých hĺbkach sa môže správať úplne odlišne. Autori štúdie preto skúmali, aké nové štruktúry by mohol vytvárať pod extrémnym tlakom. Okrem Mn₄O identifikovali aj dovtedy neznámu vysokotlakovú formu zlúčeniny Mn₃O₄, ktorá by mohla byť stabilná pri tlakoch presahujúcich 72 gigapascalov.
Simulácie ukázali, že obe zlúčeniny by mali zostať pevné aj pri teplotách okolo 4 000 kelvinov, ktoré sú typické pre najhlbšie časti zemského plášťa. Práve kombinácia extrémneho tlaku a vysokej teploty umožňuje vznik štruktúr, ktoré by sa na povrchu Zeme okamžite rozpadli. Pre lepšiu predstavu – jeden gigapascal predstavuje približne desaťtisícnásobok atmosférického tlaku pri hladine mora. V hlbinách planéty preto atómy vytvárajú usporiadania, ktoré by za bežných podmienok neexistovali.
Kľúč k jednej z najväčších záhad vnútra Zeme?
Najväčší záujem vedcov vzbudili možné súvislosti medzi týmito zlúčeninami a takzvanými ultranízkorychlostnými zónami. Ide o oblasti nachádzajúce sa na rozhraní zemského jadra a plášťa, kde sa seizmické vlny šíria výrazne pomalšie, než predpokladajú súčasné geologické modely.
Tieto zvláštne regióny vedcov fascinujú už desaťročia. Niektoré výskumy naznačujú, že môžu obsahovať neobvyklé minerály, zvyšky pradávnej oceánskej kôry alebo dokonca materiál pochádzajúci z obdobia vzniku planéty. Nové výpočty ukázali, že Mn₄O aj vysokotlaková forma Mn₃O₄ majú relatívne nízku rýchlosť šírenia zvuku. Ak by sa skutočne nachádzali v týchto hlbokých vrstvách, mohli by čiastočne vysvetliť, prečo seizmické vlny pri prechode niektorými oblasťami výrazne spomaľujú.
Vedci zároveň upozorňujú, že mangán tvorí iba malú časť zemského plášťa. Je preto nepravdepodobné, že by tieto zlúčeniny vysvetľovali správanie celého vnútorného plášťa. Mohli by však zohrávať významnú úlohu v konkrétnych lokalitách.
Stopy vedú až k dávnej atmosférickej revolúcii
Výskum môže mať význam aj pre pochopenie geologickej histórie Zeme. Pred približne 2,4 miliardami rokov prešla planéta zásadnou zmenou známou ako Veľká oxidačná udalosť. V atmosfére sa začal hromadiť kyslík produkovaný prvými fotosyntetizujúcimi organizmami, čo zásadne ovplyvnilo vývoj života aj geologické procesy.
Práve v tomto období sa vo veľkom začali vytvárať rozsiahle ložiská mangánových rúd. Vedci preto skúmajú možnosť, že časť mangánu mohla pochádzať z hlbokých vrstiev planéty a až neskôr sa prostredníctvom pohybov zemského plášťa dostala bližšie k povrchu. Podľa navrhovaného scenára sa mohli mangánové zlúčeniny vytvárať vo veľkých hĺbkach, následne ich pomalé prúdenie plášťa vynieslo vyššie a po kontakte s prostredím bohatým na kyslík sa premenili na rudné ložiská známe dnes.
Odpoveď zatiaľ nie je definitívna
Autori štúdie zdôrazňujú, že ide zatiaľ len o teoretický model. Na potvrdenie ich hypotézy budú potrebné laboratórne experimenty simulujúce extrémne podmienky zemského vnútra. Budúci výskum sa má zamerať aj na zložitejšie chemické systémy obsahujúce železo, horčík či kremík, ktoré patria medzi hlavné stavebné prvky zemského plášťa.
Objav však naznačuje, že hlbiny Zeme môžu byť chemicky oveľa rozmanitejšie, než sa doteraz predpokladalo. Zároveň ukazuje, že procesy odohrávajúce sa tisíce kilometrov pod našimi nohami môžu ovplyvňovať nielen správanie seizmických vĺn, ale aj vznik nerastných surovín, ktoré dnes nachádzame na povrchu planéty. Nová štúdia tak pridáva ďalší dielik do skladačky, ktorá má vedcom pomôcť lepšie pochopiť fungovanie Zeme od jej jadra až po atmosféru.
