Slow-motion botsingen van tektonische platen onder de oceaan slepen ongeveer drie keer meer water naar de diepe aarde dan eerder werd geschat, volgens een eerste-van-zijn-soort seismische studie die de Mariana Trench overspant.

De waarnemingen vanuit de diepste oceaangeul ter wereld hebben belangrijke implicaties voor de wereldwijde watercyclus, volgens onderzoekers in Arts &Sciences van de Washington University in St. Louis.

"Mensen wisten dat subductiezones water naar beneden konden brengen, maar ze wisten niet hoeveel water, " zei Chen Cai, die onlangs zijn doctoraatsstudie aan de Washington University afrondde. Cai is de eerste auteur van de studie gepubliceerd in het nummer van 15 november van het tijdschrift Natuur .

"Dit onderzoek toont aan dat subductiezones veel meer water naar het diepe binnenste van de aarde verplaatsen - vele kilometers onder het oppervlak - dan eerder werd gedacht, " zei Candace majoor, een programmadirecteur in de afdeling Ocean Sciences van de National Science Foundation, die de studie financierde. "De resultaten benadrukken de belangrijke rol van subductiezones in de watercyclus van de aarde."

"Eerdere schattingen lopen sterk uiteen in de hoeveelheid water die dieper dan 60 mijl wordt ondergedompeld, " zei Doug Wiens, de Robert S. Brookings Distinguished Professor in Earth and Planetary Sciences in Arts &Sciences en Cai's onderzoeksadviseur voor het onderzoek. "De belangrijkste bron van onzekerheid in deze berekeningen was het aanvankelijke watergehalte van de subducterende bovenste mantel."

Om deze studie uit te voeren, onderzoekers luisterden naar meer dan een jaar lang gerommel van de aarde - van omgevingsgeluid tot werkelijke aardbevingen - met behulp van een netwerk van 19 passieve, oceaanbodemseismografen ingezet over de Marianentrog, samen met zeven op het eiland gebaseerde seismografen. De geul is waar de westelijke plaat van de Stille Oceaan onder de Mariana-plaat schuift en diep in de aardmantel zakt terwijl de platen langzaam samenkomen.

De nieuwe seismische waarnemingen schetsen een genuanceerder beeld van de plaat in de Stille Oceaan die in de greppel buigt, waardoor de driedimensionale structuur wordt opgelost en de relatieve snelheden worden gevolgd van soorten gesteente die verschillende mogelijkheden hebben om water vast te houden.

Rots kan op verschillende manieren water grijpen en vasthouden.

Oceaanwater bovenop de plaat loopt naar beneden in de aardkorst en de bovenste mantel langs de breuklijnen die het gebied vormen waar platen botsen en buigen. Dan komt het vast te zitten. Onder bepaalde temperatuur- en drukomstandigheden, chemische reacties dwingen het water in een niet-vloeibare vorm als waterhoudende mineralen - natte rotsen - die het water opsluiten in de rots in de geologische plaat. De hele tijd, de plaat kruipt steeds dieper in de aardmantel, het water mee te nemen.

Eerdere studies in subductiezones zoals de Mariana Trench hebben opgemerkt dat de subductieplaat water zou kunnen vasthouden. Maar ze konden niet bepalen hoeveel water het bevatte en hoe diep het ging.

"Eerdere conventies waren gebaseerd op actieve bronnenstudies, die alleen de bovenste 3-4 mijl in de inkomende plaat kan laten zien, ' zei Cai.

Hij verwees naar een soort seismisch onderzoek dat gebruikmaakt van geluidsgolven die werden gecreëerd met de explosie van een luchtkanon vanaf een oceaanonderzoeksschip om een ​​beeld te creëren van de ondergrondse rotsstructuur.

"Ze konden niet erg precies zijn over hoe dik het is, of hoe gehydrateerd het is, " zei Cai. "Onze studie probeerde dat te beperken. Als water dieper in de plaat kan doordringen, het kan daar blijven en naar diepere diepten worden gebracht."

De seismische beelden die Cai en Wiens verkregen, laten zien dat het gebied van gehydrateerd gesteente bij de Mariana Trench zich bijna 20 mijl onder de zeebodem uitstrekt - veel dieper dan eerder werd gedacht.

De hoeveelheid water die in dit blok gehydrateerd gesteente kan worden vastgehouden, is aanzienlijk.

Alleen al voor de Marianentrog-regio, vier keer meer water subducteert dan eerder berekend. Deze kenmerken kunnen worden geëxtrapoleerd om de omstandigheden onder andere oceaantroggen wereldwijd te voorspellen.

"Als andere oude, koude zinkende platen bevatten even dikke lagen waterhoudende mantel, dan moeten schattingen van de wereldwijde waterstroom naar de mantel op diepten van meer dan 60 mijl worden verhoogd met een factor van ongeveer drie, ' zei Wiens.

En voor water in de aarde, wat naar beneden gaat, moet naar boven komen. De zeespiegel is relatief stabiel gebleven gedurende de geologische tijd, met minder dan 1 variëren 000 ft. Dit betekent dat al het water dat in subductiezones de aarde in gaat, op de een of andere manier weer omhoog moet komen, en niet continu opstapelen in de aarde.

Wetenschappers geloven dat het grootste deel van het water dat naar beneden gaat bij de greppel terugkomt van de aarde in de atmosfeer als waterdamp wanneer vulkanen honderden kilometers verderop uitbarsten. Maar met de herziene schattingen van water uit de nieuwe studie, de hoeveelheid water die de aarde ingaat lijkt de hoeveelheid water die eruit komt veel groter te zijn.

"De schattingen van het water dat terugkomt door de vulkanische boog zijn waarschijnlijk erg onzeker, " zei Wiens, die hoopt dat deze studie andere onderzoekers zal aanmoedigen om hun modellen voor hoe water terug uit de aarde beweegt te heroverwegen. "Deze studie zal waarschijnlijk een herevaluatie veroorzaken."

Voorbij de Marianentrog, Wiens heeft onlangs samen met een team van andere wetenschappers een soortgelijk seismisch netwerk voor de kust van Alaska ingezet om na te gaan hoe water daar de aarde in wordt bewogen.

"Verschilt de hoeveelheid water aanzienlijk van de ene subductiezone tot de andere, op basis van het soort fouten dat je hebt als de plaat buigt?' vroeg Wiens. 'Daar zijn in Alaska en in Midden-Amerika suggesties voor. Maar niemand heeft tot nu toe naar de diepere structuur gekeken zoals we in de Marianentrog konden doen."