Frumvatn jarðar í íslenskum möttli

Ein helsta ráðgáta jarðvísindanna er hvaðan vatnið á jörðinni kom. Ný rannsókn sem íslenski jarðefnafræðingurinn Sæmundur Ari Halldórsson tók þátt í leiðir í ljós að vatn, sem er hugsanlega elsta vatn jarðarinnar, sé að finna í bergi sem íslenski möttulstrókurinn myndaði. Vísindamennirnir tengja uppruna vatnsins beint við þá loftsteina sem lögðu til efnivið í jörðina í upphafi.

Grein um rannsóknina birtist í vísindatímaritinu Science í dag en vísindamenn bandarísku geimvísindastofnunarinnar NASA við Háskólann á Havaí og við Scripps-haffræðistofnunina í Kaliforníu leiddu hana. Sæmundur Ari er sérfræðingur í jarðefnafræði við jarðvísindastofnun Háskóla Íslands en hann stundaði doktorsnám við Scripps og var meðal annars fenginn til að taka þátt í rannsókninni vegna mikil safns bergsýna frá Íslandi sem hann býr yfir.

Mismunandi kenningar eru um uppruna vatns jarðarinnar. Ein er að vatnið hafi verið til staðar í loftsteinunum sem mynduðu jörðina á sínum tíma en önnur, sem hefur verið áberandi hin síðari ár er, er á þá leið að loftsteinar og halastjörnur hafi komið með vatnið eftir að jörðin hafði myndast. Rannsóknin nú virðist styðja fyrri kenninguna frekar en þá seinni.

Sæmundur Ari segir að vísindamennirnir á Havaí hafi fram að þessu fyrst og fremst fengist við rannsóknir á loftsteinum. Því kviknaði hjá þeim sú hugmynd hvort ekki væri hægt að finna skýrari tengsl hér á jörðinni á milli loftsteina og vatns.

Ein óvenjulegustu fingraför sem fundist hafa

Aðferðin sem vísindamennirnir beittu var sú að leita bergsýna sem mögulega geyma efni sem komið er djúpt úr iðrum jarðar. Fyrir valinu urðu 60-65 milljón ára gömul sýni frá Baffin-eyju við Kanada og 20-120 þúsund ára gömul sýni úr bólstrabergi frá Íslandi. Þau urðu því bæði til í gosum sem tengjast beint íslenska möttulstróknum.

Möttulstrókar eru umfangsmikil svæði í möttli jarðar sem talið er að tengist hitauppstreymi frá neðri hluta möttulsins eða kjarna jarðar. Eldfjallaeyjar eins og Ísland og Havaí hafa löngum verið tengdar slíkum svæðum.

Íslenski möttulstrókurinn á sér langa sögu en skýrustu merki um hann má finna beggja vegna Atlantshafs á Bretlandseyjum, austur- og vesturströnd Grænlands og austurströnd Baffin-eyju við Davis-sund.

„Þessi sýni, sérstaklega frá Baffin-eyju, eru merkileg fyrir þær sakir að það er margt sem bendir til þess að það efni sé tiltölulega frumstætt og því ómengað af efni sem finna má nær yfirborði jarðar. Því er um að ræða einstakt efni sem veitir okkur mögulega aðgang að efni sem kemur úr neðri möttli,“ segir Sæmundur Ari.

Með því að greina hlutfall tvívetnis og vetnis er hægt að gefa vatninu í sýnunum ákveðið fingrafar. Mælingar vísindamannanna leiddu í ljós einhver óvenjulegustu tvívetnisgildi sem mælst hafi í bergi á jörðinni. Sérstaklega voru niðurstöðurnar óvenjulegar fyrir sýnin frá Baffin-eyju.

„Það fór heljarinnar tími í að sannreyna að þessar mæliniðurstöður væru réttar. Við vorum frekar skeptísk þegar við sáum þetta fyrst,“ segir Sæmundur Ari.

Vekur fleiri spurningar en hún svarar

Niðurstöðurnar reyndust hins vegar traustar og þá kom að því að túlka þær. Í greininni sem birtist í Science færa vísindamennirnir rök fyrir að vatnið í sýnunum frá íslenska möttulstróknum sé frá árdögum jarðarinnar og það hafi verið til staðar í loftsteinunum sem mynduðu jörðina frekar en það hafi borist seinna með halastjörnum og loftsteinum.

„Hlutföllin passa svo vel við það sem menn hafa verið að mæla í tilteknum loftsteinum. Þarna erum við í raun og veru búin að gefa þessu möttulvatni sem íslenski möttulstrókurinn hefur verið að gefa frá sér fingrafar og búin að tengja það beinlínis við þessa loftsteina,“ segir Sæmundur Ari.

Sú niðurstaða hefur talsverða þýðingu fyrir leitina að svarinu við því hvernig vatn komst til jarðarinnar, sérstaklega hvort það hafi strax verið hluti af þeim efnum sem jörðin fékk í vöggugjöf eða hvort það hafi borist seinna meir. Rannsóknin gefur þannig vísbendingar um samsætusamsetningu vatns í frumbernsku jarðarinnar. Niðurstöðurnar gætu bent til þess að vatnið hafi þegar verið til staðar í efniviðnum sem myndaði jörðina.

„Það góða við þessa rannsókn, sem ég held einmitt að einkenni margar góðar vísindagreinar, er að það vakna svo margar spurningar. Það verða miklu fleiri spurningar til við að lesa hana en henni tekst nokkru sinni að svara. Hvernig varð vatnið á jörðinni til og hvernig barst það hingað? Hvernig hefur vatn og vatnsforði jarðarinnar þróast í gegnum sögu hennar? Þetta er eitt af þeim púsluspilum sem við þurfum til að halda áfram að vinna. Það verður gaman að sjá hvernig svona lagað getur drifið áfram vísindaspurningar framtíðarinnar á þessu sviði,“ segir Sæmundur Ari.

Vatn þekur mestallt yfirborð jarðar en óvíst er hvernig það barst hingað. Ein tilgátan er sú að það hafi komið með loftsteinum eða halastjörnum. NASA/Terra-MODIS

Sæmundur Ari Halldórsson, sérfræðingur í jarðefnafræði við jarðvísindastofnun Háskóla Íslands.

• Blogga um frétt