Varje skolbarn lär sig om vattnets kretslopp – avdunstning, kondensation, nederbörd, och samling. Men tänk om det fanns en djup jordkomponent i denna process som sker på geologiska tidsskalor som gör vår planet idealisk för att upprätthålla liv som vi känner det?

Nytt arbete publicerat i Proceedings of the National Academy of Sciences av Carnegies Yanhao Lin och Michael Walter – tillsammans med tidigare Carnegie-forskare och pågående medarbetare Ho-Kwang "Dave" Mao och Qingyang Hu från Center for High Pressure Science and Technology Advanced Research Shanghai och Yue Meng från Argonne National Laboratory – visar att en nyckel mineral som kallas stishovite kan lagra och transportera stora mängder vatten även under extrema förhållanden som de som finns i jordens nedre mantel.

Det här är viktigt, eftersom det visar att betydande mängder vatten kan finnas längre in i manteln än man tidigare trott, indikerar att en hel mantelvattencykel är möjlig.

"För att komma ner i manteln, vatten måste införlivas i mineraler på ytan och sedan bibehållas stabilt i dessa strukturer under de förhållanden som finns djupt inne på planeten, " förklarade huvudförfattaren Lin.

Forskarna använde labbbaserad mimik för att studera mineralet stishovite, som är en högtrycksform av kvarts, när det är med vatten under högt tryck och temperaturförhållanden. Vi vet redan att betydande mängder vatten kan lagras i silikatmineraler i jordens övre mantel, som finns mellan 100 och 670 kilometer (eller 62 till 416 miles) djup. Men teamet undersökte stishovit och vatten under simulerade förhållanden som de som finns djupt i den nedre manteln, som finns mellan 670 och 2, 900 kilometer (eller 416 till 1, 802 miles) ner, där man trodde att mycket mindre vatten kunde lagras stabilt i mineraler.

"Stishovite är ett kiseldioxidbaserat mineral och en viktig komponent i havsskorpan." förklarade Mao. "I plattektoniken, det finns områden som kallas subduktionszoner där en oceanisk platta glider under en kontinentalplatta, sjunker från jordens yta till dess djup. När detta händer, stishovit transporteras in i manteln."

Upptäckten av diamanter med vattenhaltiga mineralinneslutningar som kommer från djup till cirka 700 kilometer (eller 535 miles) nere i manteln avslöjade att vattnet verkligen blir åtminstone så långt ner om det hittar rätt mineral att åka med.

Stishovite är ett sådant mineral, men är den kapabel att ta vatten ännu djupare, ner i nedre manteln? Detta är vad forskarna försökte upptäcka.

De utsatte små prover av stishovit med vatten till ett intervall på cirka 320, 000 till 510, 000 gånger normalt atmosfärstryck och värmde upp det till ett intervall av cirka 1, 000 till 1, 500 grader Celsius simulerar en gradient som går från övre mantelförhållanden till lägre mantelförhållanden. Anmärkningsvärt, de fann att stishovite kan ta emot stora mängder vatten även under dessa förhållanden.

"Om vatten kan lagras i mineraler vid lägre manteltryck och temperaturer, det kan tyda på att det finns en global vattencykel som sker på mycket långa geologiska tidsskalor, " förklarade Walter. "Detta kan förändra vår förståelse av hur djupa planetariska interiörer kan påverka eller kontrollera vatteninnehållet vid ytan."