Een team van onderzoekers heeft meer ontdekt over de vloeistofconnectiviteit op korrelschaal onder het aardoppervlak, nieuw licht werpen op vloeistofcirculatie en seismische snelheidsanomalieën in subductiezones.

Lithosferische platen botsen op convergerende grenzen. Hier, de minder dichte oceanische lithosfeer subducteert onder de continentale plaat, en geeft een overvloed aan water af als gevolg van een progressieve metamorfe reactie bij hoge druk en hoge temperatuur. Het vrijgekomen water kan infiltreren in de mantelwig die tussen de zinkende oceanische lithosfeer en de continentale korst ligt.

Vloeistoffen die in subductiezones circuleren, hebben een significant effect op het ontstaan ​​van magma, wereldwijde materiële uitwisseling tussen het binnenste en het oppervlak van de aarde, en seismiciteit. De tweevlakshoek (θ) - de hoek tussen twee elkaar kruisende vlakken - bevat de sleutel tot het onthullen van de vloeistofconnectiviteit en het migratieregime voor een vloeistofdragend, diepgeworteld gesteente in het binnenste van de aarde, bekend als pyroliet - een gesteente dat voornamelijk uit olivijn bestaat.

hoewel H ₂ O is de overheersende samenstelling van vloeistoffen in de subductiezone, kleine componenten in de vloeistof kunnen een dramatische invloed hebben op de bevochtigende eigenschappen van olivijn. Dit blijkt uit de tweevlakshoek tussen olivijn en vloeistof.

Zout (NaCl) en niet-gepolariseerde gassen zoals CO ₂ zijn twee cruciale componenten van vloeistoffen in de subductiezone die de tweevlakshoek tussen olivijn en vloeistof aanzienlijk beïnvloeden. CO ₂ het is bekend dat het de olivijn-vloeistof verhoogt θ onder omstandigheden waarin het olivijn niet reageert met CO ₂ . Terwijl, een recente studie toonde aan dat NaCl de olivijn-vloeistof effectief kan verlagen, zelfs met een lage NaCl-concentratie. NaCl en CO ₂ tegengestelde effecten hebben op het olivijnvocht θ, en deze factor heeft onderzoekers geremd in hun begrip van vloeistofmigratie in subductiezones.

De concurrerende effecten van NaCl en CO . verduidelijken ₂ op θ in een olivijn + multicomponent (H ₂ O-CO ₂ -NaCl) vloeistofsysteem kan onderzoekers helpen de connectiviteit van waterige vloeistof met meer realistische composities van de mantelwig te begrijpen; waardoor het in kaart brengen van vloeistofverdeling gemakkelijker wordt.

Om dit te doen, promovendus Yongsheng Huang, professor Michihiko Nakamura, en postdoctoraal onderzoeker Takayuki Nakatani van de Tohoku University werkte samen met professor Catherine McCammon van de University of Bayreuth. Het onderzoeksteam probeerde θ in olivijn +H . te beperken ₂ O-CO ₂ vloeistof en olivijn +H ₂ O-CO ₂ -NaCl (multicomponent) vloeistofsystemen bij 1-4 GPa en 800-1100 °C.

De resultaten in de H ₂ O-CO ₂ systeem toonde aan dat CO ₂ heeft de neiging om θ te verhogen bij 1 GPa en 800-1100 °C en bij 2 GPa en 1100 °C. In tegenstelling tot, CO ₂ verminderde de θ tot onder 60 ° bij relatief hoge druk en lage temperatuur. Hier, het olivijn reageert gedeeltelijk met CO ₂ om magnesiet en orthopyroxeen (opx) te vormen.

Aanvullende experimenten op olivijn-magnesiet +H ₂ Oand olivijn-opx +H ₂ Osystems toonden aan dat magnesiet of opx de olivijn-vloeistof verminderde θ. Dit houdt in dat naast elkaar bestaande mineralen de olivijn-vloeistof grensvlak-energie beïnvloeden door de vloeistofchemie te veranderen. De resultaten van het multicomponentsysteem toonden aan dat het effect van NaCl op θ veel significanter is dan CO ₂ . Opvallend, θ was kleiner dan 60° in alle magnesiet- en opx-dragende meercomponentensystemen.

"Onze studie heeft aangetoond dat CO ₂ -dragende meercomponenten waterige vloeistof kan de bovenliggende plaat infiltreren via een onderling verbonden netwerk bij drukken boven 2 GPa, die een aanzienlijke vloeistofcirculatie in de voorboog mogelijk maakt en de oorsprong bevestigt van de hoge elektrische geleidbaarheidsanomalieën die zijn gedetecteerd in de mantelwig van de voorboog, ' zei Nakamura.

De contrasterende effecten van waterige vloeistof en silicaatsmelt op de seismische golfsnelheid kunnen het mogelijk maken om gedeeltelijke smelt in de mantelwig in kaart te brengen.