Forskning afslører, i hvilken skala jordens kappesammensætning varierer

Ny forskning fra Brown University geokemikere giver ny indsigt i den skala, hvor Jordens kappe varierer i kemisk sammensætning. Resultaterne kunne hjælpe videnskabsmænd med bedre at forstå blandingsprocessen af ​​kappekonvektion, den langsomme kværn, der driver bevægelsen af ​​Jordens tektoniske plader.

"Vi ved, at kappen er heterogen i sammensætning, men det har været svært at finde ud af, hvor store eller små disse heterogeniteter kan være, " sagde Boda Liu, en ph.d. studerende i geologi ved Brown. "Det, vi viser her, er, at der skal være heterogeniteter på mindst en kilometer i størrelse for at producere den kemiske signatur, vi observerer i klipper afledt af kappematerialer."

Forskningen, som Liu skrev sammen med Yan Liang, en professor i Brown's Department of Earth Environmental and Planetary Sciences, er udgivet i Videnskabens fremskridt .

Jordskorpen er på et konstant bevægende transportbånd drevet af konvektionskappen. Ved midterhavets højdedrag, grænserne på havbunden, hvor tektoniske plader trækker sig væk fra hinanden, ny skorpe skabes ved udbrud af magmaer dannet ved stigningen af ​​kappematerialerne fra dybden. Ved subduktionszoner, hvor en tektonisk plade glider under en anden, gammelt skorpemateriale, forvitret af processer på overfladen, skubbes tilbage ned i kappen. Denne genbrug kan skabe kappematerialer af forskellige eller "berigede" sammensætninger, som geokemikere omtaler som "heterogeniteter". Hvad der sker med det berigede materiale, når det først er genbrugt, er ikke fuldt ud forstået.

"Dette er et af de store spørgsmål inden for geovidenskab, " sagde Liang. "I hvor høj grad blander og homogeniserer kappekonvektion disse heterogeniteter ud? Eller hvordan kan disse heterogeniteter bevares?"

Forskere lærer om kappens sammensætning ved at studere mid-ocean ridge basalter (MORB'er), klipper dannet ved størkning af magmaer brød ud på havbunden. Ligesom fingeraftryk, isotopsammensætninger af MORB'er kan bruges til at spore kappekilden, hvorfra de blev afledt.

En anden type havbundssten kaldet abyssal peridotitter er den resterende kappe efter dannelsen af ​​MORB'er. Disse er bidder af kappesten, der engang var den øverste kappe og senere løftet til havbunden. Abyssal peridotitter har en anden isotopsammensætning end MORB'er, der ser ud til at komme fra samme kapperegion. For at forklare denne forskel i isotopsammensætninger, Forskere har konkluderet, at MORB'erne fanger isotopsignalet fra lommer af beriget materiale - resterne af subduceret skorpe, der er bevaret i kappen.

Spørgsmålet, denne nye undersøgelse søgte at besvare, er, hvor store de berigede lommer skulle være for at deres isotopsignatur kunne overleve turen til overfladen. Når magma stiger mod overfladen, det interagerer med den omgivende kappe, som ville have en tendens til at dæmpe signalet om beriget materiale i smelten. Til deres studie, Liu og Liang modellerede smelte- og magma -transportprocesserne. De fandt ud af, at for at producere de forskellige isotopsignaler mellem MORB'er og abyssalperidotitter, lommerne med beriget materiale i dybden skal være mindst en kilometer store.

"Hvis længdeskalaen for heterogeniteten er for lille, den kemiske udveksling under magmastrøm ville udslette heterogeniteterne, " sagde Liang. "Så for at frembringe forskellen i sammensætningen ser vi, vores model viser, at heterogeniteten skal være en kilometer eller mere."

Forskerne håber, at deres undersøgelse vil tilføje et nyt perspektiv til finskalastrukturen af ​​kappen produceret ved kappekonvektion.

"Vores bidrag her er at give en fornemmelse af, hvor store nogle af disse heterogeniteter kan være, " sagde Liang. "Så spørgsmålet til det bredere samfund bliver:Hvad kan være de dybe kappeprocesser, der kan producere dette?"