Forskere dechifrerer kulstofs rolle og opdelingen af ​​kontinenter

University of New Mexico (UNM) professor i jord- og planetvidenskab, Dr. Tobias Fischer og Syracuse University-forsker (nu University of Auckland Lektor), Dr. James Muirhead ledede et internationalt hold af tværfaglige forskere for at undersøge kulstofts rolle i opdelingen af ​​kontinenter.

Dette arbejde, hvoraf meget er blevet finansieret af tilskud fra National Science Foundation, er en kulmination på forskningsindsats, der startede med tidligere studerende fra UNM og andre amerikanske, Fransk, Tanzanianske og kenyanske universiteter.

Samarbejdet, som også omfattede forskere fra New Mexico Tech, University of Oregon, Universitetet i Dar Es Salaam, Seoul National University, Tokyo Universitet, University of Alberta, Macquarie University, Goethe Universitet og Université de Montpellier II, førte til ny indsigt i lagring og dynamisk overførsel af kulstof under tyk og meget gammel kontinental skorpe, som i øjeblikket er offentliggjort i tidsskriftet Natur med titlen, Forskudt kratonisk kappe koncentrerer dyb kulstof under kontinental rift.

Det blev først anerkendt af tidligere UNM-studerende, nu assisterende professor ved Seoul National University, Dr. Hyunwoo Lee, at den østafrikanske kløft og kontinentale rifter generelt er betydelige kilder til kulstof afgasset fra Jordens kappe til atmosfæren. Mens senere arbejde fra andre grupper viste, at CO ₂ emissioner fra den østafrikanske rif er varierende langs dens 3, 000 km udstrækning, spørgsmålet forblev "hvor kommer alt dette kulstof fra, og hvordan frigives det så effektivt?"

Efterfølgende arbejde af Fischer og samarbejdspartner professor Stephen Foley fra Macquarie University, Australien, foreslået en model, hvor afgasning CO ₂ er i sidste ende hentet fra kulstof, der har akkumuleret over milliarder af år ved bunden af ​​den tykke gamle kratoniske litosfære placeret i midten og kanten af ​​den østafrikanske rift.

"Modellen antyder, at dette akkumulerede kulstof stammer fra subduktion af oceaniske plader og dybe kappefaner, " sagde Fischer. "Disse processer kunne levere tilstrækkeligt kulstof til bunden af ​​en meget tyk og milliarder år gammel kontinental litosfære til at forklare den høje CO ₂ flux observeret i den aktivt deformerende del af riften."

Imidlertid, modellen foreslået af Fischer og Foley kunne ikke forklare, hvordan denne dybe CO ₂ lykkedes at lække ud fra den aktivt udstrakte del af revnen, hvilket er præcis der, hvor det aktuelle arbejde forbinder prikkerne.

Muirhead og Fischer sammen med kandidatstuderende Amani Laizer fra University of Dar Es Salaam i Tanzania og geofysik Ph.D. studerende Sarah Jaye Oliva fra Tulane University vendte tilbage til Tanzania i 2018 og indsamlede data og prøver på steder, hvor aktiv rifting,

dvs. hvor pladerne bevæger sig fra hinanden, skære den gamle tykke kraton, der ligger over en kappefane. Gasprøver blev indsamlet fra varme kilder i denne region, som aldrig er blevet udtaget før.

Analyserne af disse prøver i sammenhæng med allerede eksisterende data fra det tidligere arbejde viste en slående forskel i den kemiske sammensætning af de gasser, der frigives fra den aktive rift og kratonen. Kratongasser er fuldstændig skorpe uden tegn på kappegasser, inklusive CO ₂ . Nitrogen og skorpehelium dominerer disse kratongasser. Riftgasser er på den anden side fyldt med kappe CO ₂ og har en stærk kappe helium isotop signatur. Målt kappe CO ₂ fluxer er tæt på nul på kratonen, men stiger i den tilstødende rift, der strækker sig aktivt.

"Lige ved grænsen mellem kraton og den deformerende kløft sidder verdens eneste i øjeblikket udbrudte carbonatitvulkan, Oldoinyo Lengai, " sagde Fischer. "Denne vulkan udbryder lavaer, der er så flydende, at de bevæger sig som motorolie. Grunden til dette er, at de er blottet for den silica, der udgør de fleste magmatiske bjergarter, men indeholder omkring 30 procent kulstof, en svimlende høj mængde, der giver klippen dens navn karbonatit. Når vi ser tilbage i geologisk tid, det viser sig, at der er mange karbonatvulkaner lige ved kanten af ​​Tanzanias kraton, men de er bare ikke aktive i øjeblikket."

Denne fordeling af karbonatitter fik holdet til at foreslå en mekanisme, der forårsager lateral migration af den dybe kratoniske litosfære, hvor alt det lagrede faste kulstof er placeret, ind i kappen ved kanterne af kratonen.

Geofysiske data erhvervet og analyseret af Tulane University og Université de Montpellier II afbilder et stejlt trin i pladetykkelsen ved kratonkanten. Geofysikerne ledet af professor Cindy Ebinger, Drs. Sarah Oliva og professor Christel Tiberi foreslog, at dette trin øger dannelsen af ​​smelte og forklarer koncentrationen af ​​magma, der bærer det overskydende CO2 ₂ , såvel som den rumlige fordeling af nogle gange skadelige jordskælv, der åbner sprækker for CO ₂ at stige til overfladen. Dette ville forklare den markante forskel i CO ₂ frigivelse og kilde som dokumenteret ved overflademålingerne.

Denne konceptuelle model passer også ind i kvantitative fysiske modeller udviklet af Dr. Jolante van Wjik, professor ved New Mexico Tech og Dr. Claire Currie, professor ved University of Alberta, which shows that unusually thick and low density mantle rocks beneath a craton will be swept laterally by mantle flow, moving toward the thinner plate beneath the continental rift.

This material transfer may enhance melt production. Derfor, the research team concluded, lateral migration of deep cratonic lithosphere soaked with ancient accumulated carbon is ultimately responsible for carbonatite volcanism and the on-going continental break-up in this region of East Africa.