Subdukcja skorupy oceanicznej i los składników lotnych
Pomimo kluczowego znaczenia dla życia na Ziemi, składniki lotne, takie jak H2O, dwutlenek węgła, węgiel czy metan, są często ignorowane. Składniki lotne to grupa pierwiastków i związków chemicznych o niskiej temperaturze wrzenia związanych ze skorupą planety i/lub atmosferą, które wydostają się z wnętrza Ziemi podczas erupcji wulkanicznych. Głównym sposobem na uzupełnienie wnętrza Ziemi składnikami lotnymi jest subdukcja, gdzie jedna płyta tektoniczna przesuwa się nad drugą, powodując jej zanurzanie się w płaszczu Ziemi. Ponieważ nie ma dostępu do próbek pochodzących z głębi Ziemi, celem projektu FATEMANTLE (The fate and behaviour of volatiles during subduction of oceanic crustal material towards greater mantle depths) była symulacja warunków panujących we wnętrzu płaszcza Ziemi oraz procesów tam zachodzących. Naukowcy przeprowadzili eksperymenty w zakresie nominalnie bezwodnych minerałów, działając na nie wysokim ciśnieniem i temperaturą. Celem naukowców było określenie maksymalnego potencjału składowania, rozpuszczalności oraz zachowania się substancji lotnych podczas subdukcji karbonizowanego, uwodnionego materiału oceanicznego do strefy przejścia w płaszczu. To eksperymentalne podejście pozwoliło naukowcom określić maksymalną zawartość H2O w nominalnie bezwodnych minerałach znajdujących się w subdukowanej skorupie oceanicznej przenoszącej substancje lotne. Próbki zawierające uwodornioną skorupę oceaniczną, ale ze zmienną zawartością H2O, zostały zamknięte w metalowych kapsułach i skompensowane za pomocą wielokowadłowej prasy o nacisku 1000 ton do ciśnienia występującego w płaszczu na głębokości 100-200 km. Na tej głębokości w strefie subdukcji zachodzi większość reakcji odwodnienia. Wyniki pokazały, że stężenie wody w mice fengitowej, jednej z kilku minerałów wodnych stabilnych na głębokości powyżej 100 km, było stosunkowo niskie. Oznacza to, że subdukowane są niewielkie ilości H2O. Naukowcy zbadali również proces homogenizacji pomiędzy subdukowaną skorupą oceaniczną a skałami w płaszczu Ziemi. Okazało się, że częściowo roztopiony dwutlenek krzemu wchodzi w reakcję z oliwinem, głównym materiałem płaszcza i tworzy wąskie strefy nowego minerału ortopiroksenu. W ramach projektu FATEMANTLE badano również, w jaki sposób częściowo roztopiona skała eklogitu i perydotytu wpływa na zagęszczenie tlenu w płaszczu. Wyniki pokazały, że żelazo jest niemieszalnym składnikiem w płaszczu i łatwiej łączy się z materiałem roztopionym niż minerałami. Ekstrakcja częściowo roztopionych składników jest zatem jedynym sposobem na usunięcie tlenu z regionów płaszcza. Uzyskane wyniki wyjaśniają, w jaki sposób można zredukować skały eklogitu, a zatem jak mogą stać się skałą macierzystą dla głębokiej subdukcji węgla jako diamentu.
Słowa kluczowe
Subdukcja, skorupa oceaniczna, składniki lotne, płaszcz, nominalnie bezwodne minerały, FATEMANTLE
