Geologer offentliggør nye fund om carbonatsmeltninger i Jordens kappe

Geologer fra Florida State University's Department of Earth, Hav- og atmosfærisk videnskab har opdaget, hvordan kulstofrig smeltet sten i Jordens øvre kappe kan påvirke bevægelsen af ​​seismiske bølger.

Den nye forskning blev medforfatter af EOAS lektor i geologi Mainak Mookherjee og postdoktorforsker Suraj Bajgain. Resultater fra undersøgelsen blev offentliggjort i tidsskriftet Procedurer fra National Academy of Sciences .

"Denne forskning er ganske vigtig, da kulstof er en afgørende bestanddel for planetens beboelighed, og vi gør fremskridt med at forstå, hvordan fast jord kan have spillet en rolle i lagring og påvirkning af tilgængeligheden af ​​kulstof på jordens overflade, "Mookherjee sagde." Vores forskning giver os en bedre forståelse af elasticiteten, densitet og komprimerbarhed af disse sten og deres rolle i Jordens kulstofcyklus. "

Kulstof, en af ​​de primære byggesten for livet, er bredt fordelt i hele Jordens øvre kappe og er for det meste lagret i former for karbonatmineraler som tilbehørsmineraler i kappe. Når carbonatrig magma bryder ud på overfladen, det er kendt for sit unikke, mudderlignende udseende. Disse typer udbrud forekommer på bestemte steder rundt om i verden, som ved vulkanen Ol Doinyo Lengai i Tanzania.

Eksperter mener, at tilstedeværelsen af ​​carbonater i bjergarter reducerer temperaturen betydeligt, ved hvilken de smelter. Karbonater, der synker til jordens indre, via en proces kendt som subduktion, sandsynligvis forårsage denne lavgradige smeltning af Jordens øvre kappe, som spiller en vigtig rolle i planetens dybe kulstofcyklus.

"Jordens kappe har mindre frit ilt tilgængeligt på stigende dybder, "Sagde Mookherjee." Mens kappen vokser op gennem en proces med kappekonvektion, de langsomt bevægelige klipper, der blev reduceret, eller havde mindre ilt, ved en større dybde blive gradvist mere oxideret på lavere dybde. Kulstoffet i kappen vil sandsynligvis blive reduceret dybere i Jorden og blive oxideret, når kappen vokser op. "

Denne ændring i dybdeafhængig oxidationstilstand vil sandsynligvis forårsage smeltning af kappe, en proces kaldet redoxsmeltning, som kunne producere kulstofrig smeltet sten, også kendt som smelter. Disse smelter påvirker sandsynligvis en klippes fysiske egenskab, som kan detekteres ved hjælp af geofysiske sonder såsom seismiske bølger, han sagde.

Forud for denne undersøgelse, geologer havde dårligt kendskab til de elastiske egenskaber ved disse carbonatinducerede partielle smeltninger, hvilket gjorde dem svære at opdage direkte.

Et sæt spor, som geologer bruger til bedre at forstå deres videnskab, er målinger af seismiske bølger, når de bevæger sig gennem Jordens lag. En type seismisk bølge kendt som en kompressionsbølge er hurtigere end en anden type kendt som en forskydningsbølge, men i dybder på omkring 180 til 330 kilometer ind i Jorden, forholdet mellem deres hastigheder er endnu højere end normalt.

"Dette forhøjede forhold mellem kompressionsbølger og forskydningsbølgerne har været et puslespil, og ved hjælp af resultaterne fra vores undersøgelse, vi er i stand til at forklare denne forvirrende observation, "Sagde Mookherjee.

Mindre mængder kulstofrige smelter, cirka 0,05 procent, kan spredes gennemgående gennem Jordens dybe øvre kappe, og det kan føre til et forhøjet forhold mellem komprimering og forskydning af lydhastighed, forskere forklaret.

For at gennemføre undersøgelsen, forskere tog højtryks ultralydsmålinger og tæthedsmålinger på kerner af karbonatmineralet dolomit. Disse eksperimenter blev suppleret med teoretiske simuleringer for at give en ny forståelse af de grundlæggende fysiske egenskaber ved carbonatsmeltninger.

"Vi har forsøgt at forstå de elastiske og transportegenskaber af vandige væsker, silikatsmeltning og metalliske smelteegenskaber, at få bedre indsigt i massen af ​​flygtige stoffer lagret i den dybe faste jord, "Sagde Bajgain.

Disse fund betyder, at de delvist smeltede sten i kappen kan indeholde op til 80 til 140 dele pr. Million kulstof, hvilket ville være 20 til 36 millioner gigaton kul i den dybe øvre kappe -region, gør det til et betydeligt kulstofreservoir. Sammenlignet med, Jordens atmosfære indeholder lidt over 410 ppm kulstof, eller omkring 870 gigaton.