La subduzione della crosta oceanica e il destino degli elementi volatili
Nonostante siano fondamentali per la vita sulla Terra, gli elementi volatili come H2O, biossido di carbonio, carbonio e metano spesso sono trascurati. I volatili sono un gruppo di elementi e composti chimici con punti di ebollizione bassi che sono associati alla crosta e/o all’atmosfera del pianeta e che escono dall’interno della Terra mediante le eruzioni vulcaniche. Il mezzo principale per rifornire l’interno della Terra con elementi volatili è la subduzione, nella quale una placca tettonica si muove sotto un’altra e affonda nel mantello terrestre. Poiché non è possibile accedere a campioni dell’interno profondo del pianeta, è stato creato il progetto FATEMANTLE (The fate and behaviour of volatiles during subduction of oceanic crustal material towards greater mantle depths) per simulare le condizioni e i processi del mantello terrestre. Sono stati condotti esperimenti ad alta pressione e temperatura su NAMS. Gli scienziati volevano determinare la capacità massima di immagazzinamento, la solubilità e il comportamento dei componenti volatili durante la subduzione di materiale carbonato, idratato oceanico nella zona di transizione del mantello. Questo approccio sperimentale ha permesso agli scienziati di determinare il contenuto massimo di H2O dei NAM nella crosta oceanica sottoposta a subduzione contenente elementi volatili. Campioni con la composizione della crosta oceanica idratata, ma con contenuti variabili di H2O, sono stati saldati in capsule di metallo e compresse usando una pressa da 1000 tonnellate multi-incudine a pressioni corrispondenti a profondità del mantello di 100-200 km. È questa la profondità alla quale avviene la maggior parte delle reazioni di deidratazione nelle zone di subduzione. I risultati hanno mostrato che le concentrazioni di H2O nella mica fengite, uno dei pochi minerali idrati stabili a profondità superiori a 100 km, erano relativamente basse. Questo implica che una quantità relativamente piccola di H2O viene sottoposta a subduzione. I ricercatori hanno esaminato anche i processi di omogeneizzazione tra crosta oceanica subdotta e rocce del mantello. Hanno scoperto che il biossido di silicio parzialmente sciolto reagisce con l’olivina, il materiale principale del mantello, formando zone strette del nuovo minerale ortopirosseno. FATEMANTLE ha studiato anche come il parziale scioglimento di rocce di eclogite e peridotite influenza l’abbondanza di ossigeno nel mantello. I risultati hanno mostrato che il ferro ferroso è un componente incompatibile nel mantello e tende a suddividersi in masse fuse piuttosto che in minerali. L’estrazione di masse parzialmente fuse è quindi un modo per rimuovere l’ossigeno dalle regioni del mantello. Questi risultati spiegano come le rocce di eclogite possono ridursi e possono, quindi, fungere da rocce ospite per la subduzione profonda del carbonio in forma di diamante.
Parole chiave
Subduzione, crosta oceanica, volatili, mantello, minerali nominalmente anidri, FATEMANTLE
