Transport af vand ind i den dybe Jord af Al-fase D

Forskere ved Ehime University har for nylig målt udbredelseshastigheden af ​​ultralydsbølger i et aluminiumrigt vandholdigt mineral kaldet Al-fase D ved trykforhold, der er relevante for Jordens dybe kappe. Deres resultater tyder på, at seismiske forskydningsanomalier observeret lokalt under subduktionszoner kan afsløre tilstedeværelsen af ​​vandholdige mineraler i den øverste nederste kappe, hvilket ville have vigtige konsekvenser for Jordens indre, fordi brint i høj grad påvirker kappemineralernes fysiske og kemiske egenskaber.

Siden opdagelsen af ​​et vandførende ringwoodit-eksemplar fanget i en superdyb diamant fra Brasilien af ​​Pearson et al. i 2014 (udgivet i Natur ), der er genvundet interesse for at finde og karakterisere de potentielle bærer- og værtsmineraler af vand i den dybe Jords indre. Blandt kandidatmineralerne, Dense Hydrous Magnesium Silicates (DHMS'er) betragtes som primære vandbærere fra den lavvandede lithosfære til den dybe kappeovergangszone (MTZ; 410-660 km i dybden), men på grund af deres relative ustabilitet over for tryk (P) og temperatur (T), DHMS'er var generelt forbundet med tilstedeværelsen af ​​vand op til den midterste del af MTZ'en.

En eksperimentel undersøgelse blev også offentliggjort i 2014 i tidsskriftet Natur Geovidenskab viste dog, at når aluminium inkorporerer DHMS'er, deres stabilitet mod P og T er drastisk forbedret, lader disse mineraler transportere og være vært for vand op til dybder på 1200 km i den nedre kappe (Pamato et al., 2014). Deres eksperimenter viste faktisk, at det aluminium-bærende DHMS-mineral kaldet Al-fase D sandsynligvis vil dannes ved de øverste nederste kappe P- og T-forhold, fra omkrystallisation af vandholdig smelte ved grænsen af ​​kappen og den subducerede plade. Selvom denne reaktion var begrundet i laboratorieforsøg, der var ingen direkte måling af lydhastighederne i Al-fase D, og ​​derfor var det vanskeligt at associere tilstedeværelsen af ​​Al-rige hydrerede bjergarter til de seismiske observationer i bunden af ​​MTZ og i den øverste nederste kappe.

Forskerne ved Ehime målte med succes den langsgående (V _P ) og forskydning (V _S ) hastigheder, samt tætheden af ​​Al-fase D, op til 22 GPa og 1300 K ved hjælp af synkrotron røntgenteknikker kombineret med ultralydsmålinger in situ ved høje P og og T, i multi-ambolt-apparatet placeret ved beamline BL04B1 i SPring-8 (Hyogo, Japan). Resultaterne af deres eksperimenter gav en klar forståelse af lydhastighederne af Al-fase D under et bredt P- og T-område, gør det muligt at modellere de seismiske hastigheder af vandholdige bjergarter i de indre og ydre dele af den subducerede plade (billede 1). Fra disse modeller viste de, at tilstedeværelsen af ​​et Al-rigt vandholdigt lag inklusive Al-fase D, i den øverste nederste kappe, ville være forbundet med negativ V _S forstyrrelser (-1,5%), mens den tilsvarende V _P variationer (-0,5 %) vil forblive under detektionsgrænsen for seismologiske teknikker. Disse nye data skulle i høj grad bidrage til at spore eksistensen og genanvendelsen af ​​den tidligere subducerede litosfæriske skorpe og i sidste ende tilstedeværelsen af ​​vand i Jordens nedre kappe.