Description du projet
Le changement d’élasticité de la silice crustale subduite pourrait expliquer les anomalies sismiques du manteau terrestre
Le dioxyde de silicium, ou silice, se rencontre dans la nature sous forme de plusieurs polymorphes distincts, le plus courant étant le quartz présent dans le sable. À des pressions et des températures élevées, la stishovite puis, par la suite, la post-stishovite se compactent en polymorphes très denses et constituent les principales phases silicatées aquifères de la croûte océanique subduite (éclogite) au fur et à mesure que celle-ci s’enfonce dans les vastes couches inaccessibles du manteau profond de la Terre. Les objectifs du projet ELASTIC, financé par l’UE, portent sur la détermination de l’effet de l’incorporation de défauts typiques des systèmes éclogitiques (Al, Ti, Fe, OH) sur le diagramme de phase haute pression-température, la densité, la structure et l’élasticité de la stishovite défectueuse. Cela se fera par l’application de méthodes de haute technologie en utilisant la presse à grand volume de l’installation européenne de rayonnement synchrotron. Les résultats permettront d’améliorer les modèles fondamentaux utilisés pour prédire et déterminer les anomalies sismiques causées par le recyclage des matériaux subduits à travers le manteau terrestre, en particulier dans la partie supérieure du manteau inférieur.
Objectif
Al-bearing stishovite is considered to be the main H2O-bearing silicate phase present in recycled subducted oceanic crust (i.e. eclogite) at uppermost lower mantle conditions, equivalent to >660 km mantle depths, and pressures above 23 GPa, where it can form 25% of the bulk. The incorporation of Al into stishovite leads to significant changes to its phase diagram and its ability to take up H2O. For instance, it halves the pressure required for its rutile- to CaCl2-type transformation, which exhibits significant elastic softening and may be seismically observable.
We currently lack any information on the influence of Fe and Ti on the elastic properties and post-stishovite transitions of Al-and/or H2O-bearing stishovite - even though we know that these defects and solid-solutions are important features of other silicate phases in the mantle; e.g. Ca(Si,Ti)O3 perovskite.
We propose a comprehensive synthesis programme, combined with on-line elastic measurements by ultrasonic interferometry and x-ray diffraction to determine the effects of defect type and concentration on the density, phase diagram and elastic response of this important suite of stishovites. This work, based at ID06LVP, The European Synchrotron, will be supplemented by examination by microscopic and spectroscopic methods at the forefront of microbeam techniques.
Understanding elastic properties of Fe-, Al-, Ti-, and H2O -bearing eclogitic stishovite will allow improvements in fundamental models used to predict and determine the observability of seismic discontinuities and velocity anomalies caused by the subduction of eclogitic material through the Earth’s mantle, particularly in the upper part of the lower mantle. This study will also help to better assess the effects of incorporation of minor amounts of FeO, Fe2O3, Al2O3 and H2O in stishovite on the lower mantle’s density.
Mots‑clés
Programme(s)
Appel à propositions
(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) H2020-MSCA-IF-2019
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MSCA-IF - Marie Skłodowska-Curie Individual Fellowships (IF)Coordinateur
38000 Grenoble
France