Ny forskning afslører, hvordan vand i den dybe Jord udløser jordskælv og tsunamier

I en ny undersøgelse, offentliggjort i tidsskriftet Natur , et internationalt hold af videnskabsmænd giver det første afgørende bevis, der direkte forbinder dybe Jords vandkredsløb og dets udtryk med magmatisk produktivitet og jordskælvsaktivitet.

Vand (H ₂ O) og andre flygtige stoffer (f.eks. CO ₂ og svovl), der cykler gennem den dybe Jord, har spillet en nøglerolle i udviklingen af ​​vores planet, herunder i dannelsen af ​​kontinenter, livets begyndelse, koncentrationen af ​​mineralressourcer, og udbredelsen af ​​vulkaner og jordskælv.

Subduktionszoner, hvor tektoniske plader konvergerer og en plade synker ned under en anden, er de vigtigste dele af kredsløbet - med store mængder vand, der går ind og ud, hovedsageligt gennem vulkanudbrud. Endnu, hvordan (og hvor meget) vand transporteres via subduktion, og dets indvirkning på naturfarer og dannelsen af ​​naturressourcer, har historisk set været dårligt forstået.

Hovedforfatter af undersøgelsen, Dr. George Cooper, Æresforsker ved University of Bristol's School of Earth Sciences, sagde:"Når pladerne bevæger sig fra det sted, hvor de først blev lavet ved mid-ocean-rygge til subduktionszoner, havvand kommer ind i klipperne gennem sprækker, fejl og ved binding til mineraler. Når man når en subduktionszone, synkepladen varmes op og bliver klemt, resulterer i en gradvis frigivelse af noget eller alt dets vand. Når vand frigives, sænker det smeltepunktet for de omgivende klipper og genererer magma. Denne magma er flydende og bevæger sig opad, i sidste ende fører til udbrud i den overliggende vulkanbue. Disse udbrud er potentielt eksplosive på grund af de flygtige stoffer indeholdt i smelten. Den samme proces kan udløse jordskælv og kan påvirke nøgleegenskaber såsom deres størrelse, og om de udløser tsunamier eller ej."

Præcis hvor og hvordan flygtige stoffer frigives, og hvordan de ændrer værtsbjergarten, er fortsat et område med intens forskning.

De fleste undersøgelser har fokuseret på subduktion langs Pacific Ring of Fire. Imidlertid, denne forskning fokuserede på Atlanterhavspladen, og mere specifikt, den lille Antiller vulkanbue, beliggende i den østlige udkant af Det Caribiske Hav.

"Dette er en af ​​kun to zoner, der i øjeblikket subducerer plader dannet ved langsom spredning. Vi forventer, at dette bliver hydreret mere gennemgribende og heterogent end den hurtigspredning af Stillehavspladen, og for at udtryk for vandfrigivelse skal være mere udtalte, " sagde Prof. Saskia Goes, Imperial College London.

Projektet Volatile Recycling in the Lesser Antilles (VoiLA) samler et stort tværfagligt team af forskere, herunder geofysikere, geokemikere og geodynamikere fra Durham University, Imperial College London, University of Southampton, University of Bristol, Liverpool University, Karlsruhe Teknologiske Institut, University of Leeds, Det Naturhistoriske Museum, Institute de Physique du Globe i Paris, og University of the West Indies.

"Vi indsamlede data over to marine videnskabelige krydstogter på RRS James Cook, midlertidige indsættelser af seismiske stationer, der registrerede jordskælv under øerne, geologisk feltarbejde, kemiske og mineralske analyser af stenprøver, og numerisk modellering, " sagde Dr. Cooper.

For at spore vandets indflydelse langs længden af ​​subduktionszonen, forskerne studerede borsammensætninger og isotoper af smelteindeslutninger (små lommer af fanget magma i vulkanske krystaller). Bor-fingeraftryk afslørede, at det vandrige mineral serpentin, indeholdt i synkepladen, er en dominerende leverandør af vand til den centrale region af de små Antiller-buen.

"Ved at studere disse mikron-skala målinger er det muligt bedre at forstå processer i stor skala. Vores kombinerede geokemiske og geofysiske data giver den klareste indikation til dato, at strukturen og mængden af ​​vand i den synkende plade er direkte forbundet med den vulkanske udvikling af lysbuen og dens tilknyttede farer, " sagde prof. Colin Macpherson, Durham University

"De vådeste dele af den nedadgående plade er, hvor der er store revner (eller brudzoner). Ved at lave en numerisk model over historien om brudzonesubduktion under øerne, vi fandt en direkte forbindelse til placeringen af ​​de højeste hastigheder af små jordskælv og lave forskydningsbølgehastigheder (som indikerer væsker) i undergrunden, " sagde Prof. Saskia Goes.

Historien om subduktion af vandrige sprækkezoner kan også forklare, hvorfor de centrale øer i buen er de største, og hvorfor, over geologisk historie, de har produceret mest magma.

"Vores undersøgelse giver afgørende beviser, der direkte forbinder vand-ind og vand-ud-delene af cyklussen og dens udtryk i form af magmatisk produktivitet og jordskælvsaktivitet. Dette kan tilskynde til undersøgelser ved andre subduktionszoner for at finde sådanne vandførende forkastningsstrukturer på subduktionspladen for at hjælpe med at forstå mønstre i vulkan- og jordskælvsfarer, " sagde Dr. Cooper.

"I denne forskning fandt vi ud af, at variationer i vand korrelerer med fordelingen af ​​mindre jordskælv, men vi vil virkelig gerne vide, hvordan dette mønster af vandudslip kan påvirke potentialet – og fungere som et advarselssystem – for større jordskælv og mulig tsunami, " sagde prof. Colin Macpherson.