Seismisk undersøgelse afslører enorm mængde vand, der trækkes ind i Jordens indre

Slow-motion kollisioner af tektoniske plader under havet trækker omkring tre gange mere vand ned i den dybe jord end tidligere anslået, ifølge en første af sin slags seismisk undersøgelse, der spænder over Mariana-grøften.

Observationerne fra den dybeste havgrav i verden har vigtige konsekvenser for den globale vandcyklus, ifølge forskere i Arts &Sciences ved Washington University i St. Louis.

"Folk vidste, at subduktionszoner kunne bringe vand ned, men de vidste ikke, hvor meget vand, "sagde Chen Cai, der for nylig afsluttede sine doktorgradsstudier ved Washington University. Cai er den første forfatter til undersøgelsen, der blev offentliggjort i tidsskriftet 15. november Natur .

"Denne forskning viser, at subduktionszoner flytter langt mere vand ind i Jordens dybe indre - mange miles under overfladen - end tidligere antaget, "sagde Candace Major, en programdirektør i National Science Foundation's Division of Ocean Sciences, som finansierede undersøgelsen. "Resultaterne fremhæver subduktionszonernes vigtige rolle i Jordens vandcyklus."

"Tidligere estimater varierer meget i mængden af ​​vand, der subdugeres dybere end 60 miles, "sagde Doug Wiens, Robert S. Brookings Distinguished Professor in Earth and Planetary Sciences in Arts &Sciences og Cai's forskningsrådgiver for undersøgelsen. "Den vigtigste kilde til usikkerhed i disse beregninger var det oprindelige vandindhold i den subdukterende øverste kappe."

For at gennemføre denne undersøgelse, forskere lyttede til mere end et års værdi af Jordens rumlen - fra omgivende støj til faktiske jordskælv - ved hjælp af et netværk af 19 passive, havbundsseismografer indsat på tværs af Mariana-grøften, sammen med syv ø-baserede seismografer. Skyttegraven er, hvor den vestlige Stillehavsplade glider under Mariana -pladen og synker dybt ned i Jordens kappe, når pladerne langsomt konvergerer.

De nye seismiske observationer tegner et mere nuanceret billede af Stillehavspladen, der bøjer sig ind i skyttegraven-løser dens tredimensionelle struktur og sporer de relative hastigheder for stentyper, der har forskellige muligheder for at holde vand.

Sten kan gribe og holde på vand på en række forskellige måder.

Havvand oven på pladen løber ned i jordskorpen og den øvre kappe langs fejllinjerne, der snører området, hvor plader kolliderer og bøjer. Så bliver den fanget. Under visse temperatur- og trykforhold, kemiske reaktioner tvinger vandet til en ikke-flydende form, da vandholdige mineraler-våde sten-låser vandet ind i klippen i den geologiske plade. Alt imens, pladen fortsætter med at kravle stadig dybere ned i Jordens kappe, bringe vandet sammen med det.

Tidligere undersøgelser på subduktionszoner som Mariana -grøften har bemærket, at subduktionspladen kunne holde vand. Men de kunne ikke afgøre, hvor meget vand det holdt, og hvor dybt det gik.

"Tidligere konventioner var baseret på aktive kildestudier, som kun kan vise de øverste 3-4 miles ind i den indgående plade, "Sagde Cai.

Han henviste til en type seismisk undersøgelse, der anvender lydbølger, der blev skabt med sprængningen af ​​en luftpistol fra ombord på et havforskningsfartøj til at skabe et billede af stenstrukturen under overfladen.

"De kunne ikke være meget præcise om, hvor tyk den er, eller hvor hydreret det er, "Sagde Cai." Vores undersøgelse forsøgte at begrænse det. Hvis vand kan trænge dybere ind i pladen, den kan blive der og bringes ned til dybere dybder. "

De seismiske billeder, som Cai og Wiens opnåede, viser, at området med hydreret sten ved Mariana -grøften strækker sig næsten 20 miles under havbunden - meget dybere end tidligere antaget.

Mængden af ​​vand, der kan holdes i denne blok af hydreret sten, er betydelig.

Alene for Mariana Trench -regionen, fire gange flere subdukter af vand end tidligere beregnet. Disse funktioner kan ekstrapoleres for at forudsige forholdene under andre havgrave verden over.

"Hvis andre gamle, kolde subducerende plader indeholder lignende tykke lag af vandig kappe, derefter må estimaterne af den globale vandstrøm ind i kappen på dybder over 60 miles øges med en faktor på omkring tre, "Sagde Wiens.

Og for vand i jorden, hvad der går ned skal komme op. Havniveauet er forblevet relativt stabilt over geologisk tid, varierer med mindre end 1, 000 fod. Det betyder, at alt det vand, der går ned i jorden ved subduktionszoner, på en eller anden måde skal komme tilbage, og ikke løbende hober sig op inde i Jorden.

Forskere mener, at det meste af vandet, der går ned ved skyttegraven, kommer tilbage fra Jorden til atmosfæren som vanddamp, når vulkaner bryder ud flere hundrede kilometer væk. Men med de reviderede estimater af vand fra den nye undersøgelse, mængden af ​​vand, der kommer ind i jorden, ser ud til at overstige den mængde vand, der kommer ud.

"Skøn over vand, der kommer tilbage gennem vulkanbuen, er sandsynligvis meget usikre, sagde Wiens, der håber, at denne undersøgelse vil tilskynde andre forskere til at genoverveje deres modeller for, hvordan vand bevæger sig tilbage ud af Jorden. "Denne undersøgelse vil sandsynligvis medføre en ny vurdering."

Bevæger sig ud over Mariana -grøften, Wiens sammen med et team af andre forskere har for nylig implementeret et lignende seismisk netværk offshore i Alaska for at overveje, hvordan vand flyttes ned i jorden der.

"Varierer mængden af ​​vand væsentligt fra en subduktionszone til en anden, baseret på den slags fejl, du har, når tallerkenen bøjer? "spurgte Wiens." Det har der været forslag om i Alaska og i Mellemamerika. Men ingen har set på den dybere struktur endnu, som vi var i stand til at gøre det i Mariana -grøften. "