Stenprøver indikerer, at vand er nøgleingrediensen for skorpedannelse

Ved at undersøge afkølingshastigheden af ​​sten, der dannede sig mere end 10 miles under jordens overflade, videnskabsmænd ledet af University of Texas ved Austin Jackson School of Geosciences har fundet ud af, at vand sandsynligvis trænger dybt ind i skorpen og den øvre kappe ved spredningszoner i midten af ​​havet, de steder, hvor der laves ny skorpe. Fundet tilføjer bevis til den ene side af en langvarig debat om, hvordan magma fra Jordens kappe afkøles for at danne de nederste lag af skorpen.

Forskningen blev ledet af Nick Dygert, en postdoc ved Jackson School's Department of Geological Sciences, og udkom i maj i den trykte udgave af Earth and Planetary Science Letters i maj. Samarbejdspartnere omfatter Peter Kelemen fra Colombia University og Yan Liang fra Brown University.

Jordens kappe er et halvfast lag, der adskiller planetens skorpe fra kernen. Dygert sagde, at selvom det er velkendt, at magma opstrømning fra kappen ved spredningszoner i midten af ​​havet skaber ny skorpe, der er mange spørgsmål om, hvordan processen fungerer.

"Der er en debat i det videnskabelige samfund, hvordan oceanisk skorpe dannes, "Og de forskellige modeller har meget forskellige krav til køleregimer," sagde Dygert.

For at lære mere om de forhold, hvorunder magma bliver til jordskorpe, Dygert og hans samarbejdspartnere undersøgte stenprøver, der var en del af jordens kappe for hundrede millioner år siden, men er nu en del af en canyon i Oman.

"Man kan effektivt gå ned 20 kilometer i Jordens indre, " sagde Kelemen. "Dette giver forskere adgang til sten, der er dannet langt under havbunden, som ikke er tilgængelige for undersøgelse."

Holdet brugte "geotermometre" - navnet på en teknik, der bruger mineralsammensætninger inde i stenprøver til at beregne temperaturer og afsløre stenens afkølingshistorie. Geotermometre hjælper videnskabsmænd med at bestemme de temperaturer, som magmas og sten oplever, når de afkøles, og udlede, hvor hurtigt afkølingen skete. Undersøgelsen omfattede brug af et nyt geotermometer udviklet af Liang, som registrerer den maksimale temperatur en sten opnåede før den afkølede.

"Traditionelle geotermometre giver dig normalt en køletemperatur frem for en formationstemperatur for klippen, Dygert sagde. "Dette termometer er et pænt nyt værktøj, fordi det giver os mulighed for at se på en del af afkølingshistorien, som tidligere var utilgængelig for magmatiske bjergarter."

Temperaturerne registreret i klipperne viser, at den nederste skorpe og den øverste kappe afkølede og størknede næsten øjeblikkeligt, Dygert sagde - som en "varm bradepande, der bliver puttet i en vask med vand" - mens den dybere kappe afkøles mere gradvist. Temperaturændringen er et tegn på, at vand cirkulerer gennem skorpen og den øverste kappe under spredningscentre i midten af ​​havet, og varmen fra dybere dele af kappen spredes gennem kontakt med de køligere øvre klipper.

I øjeblikket, der er to primære teorier for skorpedannelse. I The Sheeted Sill-hypotesen, cirkulerende havvand afkøler mange små magmaaflejringer i forskellige dybder i den nedre skorpe, som samtidig ville afkøle den øvre kappe. I Gabbro Glacier-hypotesen, Magma mister gradvist varme, når det strømmer væk fra et centralt magmakammer.

Dygert sagde, at temperaturer registreret af geotermometre matchede med Sheeted Sill-afkølingsprocessen.

"Sheeted Sill-modellen kræver en meget effektiv mekanisme til afkøling, fordi krystallisering sker i alle forskellige dybder i skorpen på samme tid, " sagde Dygert. "Og det, vi var i stand til at finde, antyder stærkt, at hydrotermisk cirkulation var meget effektiv i hele jordskorpeafsnittet."

At afsløre, hvordan skorpen dannes, er kernen i forståelsen af ​​vores planets geologiske historie, Dygert sagde:men resultaterne kan også have konsekvenser for vores planets fremtid. Nogle videnskabsmænd har foreslået at blande kuldioxid (CO2) med vand og injicere det i kappesten som et middel til at bekæmpe klimaændringer. CO2 reagerer med mineraler i kappen, som sikkert låser kulstoffet inde i deres krystalstrukturer. Imidlertid, Dygert bemærker, at kappesten, der allerede har været udsat for havvand, muligvis ikke reagerer så let med CO2, hvilket ville bremse kulstofopsamlingsprocessen. Dygert sagde, at de nye resultater tyder på, at cirkulation af vand under midterhavets højdedrag effektivt er begrænset til skorpeafsnittet, og at enorme dele af kappen kunne være tilgængelige under havskorpen for effektivt at fange CO2.