Un team di ricercatori ha scoperto di più sulla connettività dei fluidi su scala granulare sotto la superficie terrestre, gettare nuova luce sulla circolazione dei fluidi e sulle anomalie della velocità sismica nelle zone di subduzione.

Le placche litosferiche si scontrano ai bordi convergenti. Qui, la litosfera oceanica meno densa subduce al di sotto della placca continentale, e rilascia abbondante acqua per reazione metamorfica progressiva ad alta pressione e ad alta temperatura. L'acqua rilasciata può infiltrarsi nel cuneo del mantello che si trova tra la litosfera oceanica in subduzione e la crosta continentale.

I fluidi che circolano nelle zone di subduzione hanno un effetto significativo sulla genesi del magma, scambio globale di materiale tra l'interno e la superficie della Terra, e sismicità. L'angolo diedro (θ), l'angolo tra due piani che si intersecano, contiene la chiave per rivelare la connettività del fluido e il regime di migrazione per un fluido che porta, roccia profondamente radicata all'interno della Terra nota come pirolite, una roccia composta principalmente da olivina.

Sebbene H ₂ O è la composizione predominante dei fluidi della zona di subduzione, componenti minori nel fluido possono avere un impatto drammatico sulle proprietà bagnanti dell'olivina. Ciò è evidenziato nell'angolo diedro tra olivina e fluido.

Sale (NaCl) e gas non polarizzati come la CO ₂ sono due componenti cruciali dei fluidi della zona di subduzione che influenzano significativamente l'angolo diedro tra olivina e fluido. CO ₂ è noto per aumentare il fluido olivina θ in condizioni in cui l'olivina non reagisce con CO ₂ . Invece, uno studio recente ha dimostrato che NaCl può ridurre efficacemente il fluido olivina θ anche con una bassa concentrazione di NaCl. NaCl e CO ₂ hanno effetti opposti sul fluido olivina θ, e questo fattore ha inibito i ricercatori nella loro comprensione della migrazione dei fluidi nelle zone di subduzione.

Chiarire gli effetti concorrenti di NaCl e CO ₂ su θ in un olivina + multicomponente (H ₂ O-CO ₂ -NaCl) il sistema fluido può aiutare i ricercatori a comprendere la connettività del fluido acquoso con composizioni più realistiche del cuneo del mantello; facilitando così la mappatura della distribuzione dei fluidi.

Per fare questo, dottorando Yongsheng Huang, professore Michihiko Nakamura, e il ricercatore post-dottorato Takayuki Nakatani dell'Università di Tohoku ha lavorato a fianco della professoressa Catherine McCammon dell'Università di Bayreuth. Il team di ricerca ha cercato di vincolare in olivina + H ₂ O-CO ₂ fluido e olivina +H ₂ O-CO ₂ -Sistemi fluidi NaCl (multicomponente) a 1-4 GPa e 800-1100 °C.

I risultati in H ₂ O-CO ₂ sistema ha mostrato che CO ₂ tende ad aumentare a 1 GPa e 800-1100 °C e a 2 GPa e 1100 °C. In contrasto, CO ₂ ridotto il a meno di 60° in condizioni di pressione relativamente alta e bassa temperatura. Qui, l'olivina reagisce in parte con la CO ₂ per formare magnesite e ortopirosseno (opx).

Ulteriori esperimenti su olivina-magnesite +H ₂ Oe olivina-opx +H ₂ Osystems ha mostrato che la magnesite o l'opx hanno diminuito il fluido olivina θ. Ciò implica che i minerali coesistenti influenzano l'energia interfacciale fluido olivina modificando la chimica del fluido. I risultati del sistema multicomponente hanno mostrato che l'effetto di NaCl su è molto più significativo della CO ₂ . Sorprendentemente, era inferiore a 60° in tutti i sistemi multicomponenti con magnesite e opx.

"Il nostro studio ha rivelato che la CO ₂ -fluido acquoso multicomponente portante può infiltrarsi nella piastra sovrastante attraverso una rete interconnessa a pressioni superiori a 2 GPa, che facilita una significativa circolazione del fluido dell'avambraccio e conferma l'origine delle anomalie di elevata conduttività elettrica rilevate nel cuneo del mantello dell'avambraccio, " disse Nakamura.

Gli effetti contrastanti del fluido acquoso e della fusione dei silicati sulla velocità dell'onda sismica possono consentire la mappatura della fusione parziale nel cuneo del mantello.