(a) Forskydningshastighedskontrast mellem det Al-rige vandholdige lag (inklusive Al-fase D) og den tørre kappe for to modelsammensætninger:vandholdig pyrolit (h-pyrolit) og vandholdig harzburgit (h-Harzburgit). (b) Hypotetiske mekanismer for vandtransport i subduktionszonen fra den lavere lithosfære til den øverste nederste kappe ved hydrogenoverførsel mellem vandfaser og smelter (modificeret fra Pamato et al., 2014). Kredit:Ehime University
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.