Geologi del Dipartimento della Terra della Florida State University, Ocean and Atmospheric Science ha scoperto come la roccia fusa ricca di carbonio nel mantello superiore della Terra potrebbe influenzare il movimento delle onde sismiche.

La nuova ricerca è stata scritta dal professore associato di geologia EOAS Mainak Mookherjee e dal ricercatore post-dottorato Suraj Bajgain. I risultati dello studio sono stati pubblicati sulla rivista Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze .

"Questa ricerca è piuttosto importante poiché il carbonio è un costituente cruciale per l'abitabilità del pianeta, e stiamo facendo passi da gigante per capire come la terra solida possa aver giocato un ruolo nell'immagazzinare e influenzare la disponibilità di carbonio sulla superficie terrestre, " Mookherjee ha detto. "La nostra ricerca ci dà una migliore comprensione dell'elasticità, densità e compressibilità di queste rocce e il loro ruolo nel ciclo del carbonio terrestre".

Carbonio, uno dei principali elementi costitutivi della vita, è ampiamente distribuito in tutto il mantello superiore della Terra ed è per lo più immagazzinato in forme di minerali carbonatici come minerali accessori nelle rocce del mantello. Quando il magma ricco di carbonati erutta in superficie, si distingue per la sua unicità, aspetto simile al fango. Questi tipi di eruzioni si verificano in luoghi specifici in tutto il mondo, come al vulcano Ol Doinyo Lengai in Tanzania.

Gli esperti ritengono che la presenza di carbonati nelle rocce abbassi significativamente la temperatura alla quale si fondono. Carbonati che affondano all'interno della Terra, attraverso un processo noto come subduzione, probabilmente causare questo scioglimento di basso grado delle rocce del mantello superiore della Terra, che svolge un ruolo importante nel ciclo profondo del carbonio del pianeta.

"Il mantello terrestre ha meno ossigeno libero disponibile a profondità crescenti, " Mookherjee ha detto. "Mentre il mantello si solleva attraverso un processo di convezione del mantello, le rocce in lento movimento che si erano ridotte, o aveva meno ossigeno, ad una profondità maggiore diventano progressivamente più ossidati a profondità minori. È probabile che il carbonio nel mantello si riduca più in profondità nella Terra e si ossidi man mano che il mantello risale”.

È probabile che questo cambiamento nello stato di ossidazione dipendente dalla profondità causi la fusione delle rocce del mantello, un processo chiamato fusione redox, che potrebbe produrre roccia fusa ricca di carbonio, noto anche come si scioglie. È probabile che questi fusi influiscano sulle proprietà fisiche di una roccia, rilevabili mediante sonde geofisiche quali onde sismiche, Egli ha detto.

Prima di questo studio, i geologi avevano una scarsa conoscenza delle proprietà elastiche di questi fusi parziali indotti dal carbonato, che li rendeva difficili da rilevare direttamente.

Una serie di indizi che i geologi usano per comprendere meglio la loro scienza sono le misurazioni delle onde sismiche mentre si muovono attraverso gli strati della Terra. Un tipo di onda sismica nota come onda di compressione è più veloce di un altro tipo noto come onda di taglio, ma a una profondità di circa 180-330 chilometri nella Terra, il rapporto tra le loro velocità è persino superiore a quello tipico.

"Questo elevato rapporto tra onde di compressione e onde di taglio è stato un enigma, e utilizzando i risultati del nostro studio, siamo in grado di spiegare questa sconcertante osservazione, " ha detto Mookherjee.

Minori quantità di fusi ricchi di carbonio, circa lo 0,05%, potrebbe essere disperso in modo pervasivo attraverso il profondo mantello superiore della Terra, e ciò può portare all'elevato rapporto tra compressione e velocità del suono di taglio, hanno spiegato i ricercatori.

Per condurre lo studio, i ricercatori hanno effettuato misurazioni ultrasoniche ad alta pressione e misurazioni della densità sui nuclei del minerale carbonato dolomite. Questi esperimenti sono stati integrati da simulazioni teoriche per fornire una nuova comprensione delle proprietà fisiche fondamentali dei fusi di carbonato.

"Abbiamo cercato di capire le proprietà elastiche e di trasporto dei fluidi acquosi, proprietà del fuso di silicato e del fuso metallico, per ottenere una migliore comprensione della massa di volatili immagazzinati nella profonda terra solida, " ha detto Bajgain.

Questi risultati significano che le rocce parzialmente fuse nel mantello potrebbero contenere da 80 a 140 parti per milione di carbonio, che sarebbero da 20 a 36 milioni di gigatonnellate di carbonio nella regione profonda del mantello superiore, rendendolo un notevole serbatoio di carbonio. In confronto, L'atmosfera terrestre contiene poco più di 410 ppm di carbonio, o circa 870 gigatonnellate.