Le collisioni al rallentatore delle placche tettoniche sotto l'oceano trascinano circa tre volte più acqua nelle profondità della Terra di quanto stimato in precedenza, secondo uno studio sismico unico nel suo genere che attraversa la Fossa delle Marianne.

Le osservazioni dalla fossa oceanica più profonda del mondo hanno importanti implicazioni per il ciclo globale dell'acqua, secondo i ricercatori in Arts &Sciences presso la Washington University di St. Louis.

"La gente sapeva che le zone di subduzione potevano far cadere l'acqua, ma non sapevano quanta acqua, " ha detto Chen Cai, che ha recentemente completato i suoi studi di dottorato presso la Washington University. Cai è il primo autore dello studio pubblicato nel numero del 15 novembre della rivista Natura .

"Questa ricerca mostra che le zone di subduzione spostano molta più acqua nelle profondità interne della Terra, molte miglia sotto la superficie, di quanto si pensasse in precedenza, " ha detto Candace Major, un direttore di programma nella Divisione di scienze oceaniche della National Science Foundation, che ha finanziato lo studio. "I risultati evidenziano l'importante ruolo delle zone di subduzione nel ciclo dell'acqua terrestre".

"Le stime precedenti variano ampiamente nella quantità di acqua che viene subdotta a più di 60 miglia, " ha detto Doug Wiens, il Robert S. Brookings Distinguished Professor in Earth and Planetary Sciences in Arts &Sciences e consulente di ricerca di Cai per lo studio. "La principale fonte di incertezza in questi calcoli era il contenuto di acqua iniziale del mantello superiore in subduzione".

Per condurre questo studio, i ricercatori hanno ascoltato più di un anno di rumori della Terra, dal rumore ambientale ai terremoti reali, utilizzando una rete di 19 passivi, sismografi del fondo oceanico dispiegati lungo la Fossa delle Marianne, insieme a sette sismografi a isola. La fossa è il punto in cui la placca dell'Oceano Pacifico occidentale scivola sotto la placca Mariana e sprofonda in profondità nel mantello terrestre mentre le placche convergono lentamente.

Le nuove osservazioni sismiche dipingono un'immagine più sfumata della placca del Pacifico che si piega nella fossa, risolvendo la sua struttura tridimensionale e monitorando le velocità relative dei tipi di roccia che hanno diverse capacità di trattenere l'acqua.

La roccia può afferrare e trattenere l'acqua in vari modi.

L'acqua dell'oceano in cima alla placca scorre nella crosta terrestre e nel mantello superiore lungo le linee di faglia che allacciano l'area in cui le placche si scontrano e si piegano. Poi rimane intrappolato. In determinate condizioni di temperatura e pressione, le reazioni chimiche forzano l'acqua in una forma non liquida come minerali idrati - rocce bagnate - bloccando l'acqua nella roccia nella placca geologica. Nel frattempo, il piatto continua a strisciare sempre più in profondità nel mantello terrestre, portando con sé l'acqua.

Precedenti studi in zone di subduzione come la Fossa delle Marianne hanno notato che la placca subduttiva potrebbe trattenere l'acqua. Ma non sono stati in grado di determinare quanta acqua contenesse e quanto fosse profonda.

"Le convenzioni precedenti erano basate su studi di fonti attive, che può mostrare solo le prime 3-4 miglia nella targa in arrivo, " disse Cai.

Si riferiva a un tipo di studio sismico che utilizza onde sonore create con l'esplosione di un fucile ad aria compressa a bordo di una nave da ricerca oceanica per creare un'immagine della struttura rocciosa del sottosuolo.

"Non potrebbero essere molto precisi su quanto sia spesso, o quanto è idratato, " Cai ha detto. "Il nostro studio ha cercato di vincolarlo. Se l'acqua può penetrare più in profondità nella piastra, può rimanere lì ed essere portato giù a profondità più profonde."

Le immagini sismiche ottenute da Cai e Wiens mostrano che l'area di roccia idratata presso la Fossa delle Marianne si estende per quasi 20 miglia sotto il fondo del mare, molto più in profondità di quanto si pensasse in precedenza.

La quantità di acqua che può essere trattenuta in questo blocco di roccia idratata è notevole.

Solo per la regione della Fossa delle Marianne, quattro volte più acqua subdotta rispetto a quanto calcolato in precedenza. Queste caratteristiche possono essere estrapolate per prevedere le condizioni in altre fosse oceaniche in tutto il mondo.

"Se altri vecchi, le lastre di subduzione del freddo contengono strati di mantello idrato altrettanto spessi, quindi le stime del flusso globale di acqua nel mantello a profondità superiori a 60 miglia devono essere aumentate di un fattore di circa tre, "Ha detto Vienna.

E per l'acqua nella Terra, ciò che va giù deve salire. I livelli del mare sono rimasti relativamente stabili nel tempo geologico, variando di meno di 1, 000 piedi. Ciò significa che tutta l'acqua che scende nella Terra nelle zone di subduzione deve risalire in qualche modo, e non accumularsi continuamente all'interno della Terra.

Gli scienziati ritengono che la maggior parte dell'acqua che scende nella fossa ritorni dalla Terra nell'atmosfera sotto forma di vapore acqueo quando i vulcani eruttano a centinaia di chilometri di distanza. Ma con le stime riviste dell'acqua dal nuovo studio, la quantità di acqua che entra nella terra sembra superare di gran lunga la quantità di acqua che esce.

"Le stime del ritorno dell'acqua attraverso l'arco vulcanico sono probabilmente molto incerte, " ha detto Vienna, che spera che questo studio incoraggi altri ricercatori a riconsiderare i loro modelli su come l'acqua si allontana dalla Terra. "Questo studio probabilmente causerà una rivalutazione".

Andando oltre la Fossa delle Marianne, Wiens insieme a un team di altri scienziati ha recentemente implementato una rete sismica simile al largo dell'Alaska per considerare come l'acqua viene spostata nella Terra lì.

"La quantità di acqua varia sostanzialmente da una zona di subduzione all'altra, in base al tipo di difetto che si ha quando il piatto si piega?" chiese Wiens. "Ci sono stati suggerimenti al riguardo in Alaska e in America Centrale. Ma nessuno ha ancora guardato la struttura più profonda come abbiamo potuto fare nella Fossa delle Marianne".