Una ilustración que muestra la migración de fluidos acuosos derivados de losas en zonas de subducción. Crédito:Universidad de Tohoku
Un equipo de investigadores ha descubierto más sobre la conectividad de fluidos a escala de grano debajo de la superficie de la Tierra, arrojar nueva luz sobre la circulación de fluidos y las anomalías de la velocidad sísmica en las zonas de subducción.
Las placas litosféricas chocan en límites convergentes. Aquí, los subductos de la litosfera oceánica menos densos debajo de la placa continental, y libera una gran cantidad de agua debido a una reacción metamórfica progresiva a alta presión y alta temperatura. El agua liberada puede infiltrarse en la cuña del manto que se encuentra entre la litosfera oceánica en subducción y la corteza continental.
Los fluidos que circulan en las zonas de subducción tienen un efecto significativo en la génesis del magma, intercambio global de material entre el interior y la superficie de la Tierra, y sismicidad. El ángulo diedro (θ), el ángulo entre dos planos que se cruzan, es la clave para revelar la conectividad fluida y el régimen de migración de un fluido portador, roca profundamente arraigada en el interior de la Tierra conocida como pirolita, una roca compuesta principalmente de olivino.
Aunque H 2 O es la composición predominante de los fluidos de la zona de subducción, Los componentes menores en el fluido pueden tener un impacto dramático en las propiedades humectantes del olivino. Esto se evidencia en el ángulo diedro entre el olivino y el fluido.
Sal (NaCl) y gases no polarizados como CO 2 son dos componentes cruciales de los fluidos de la zona de subducción que afectan significativamente el ángulo diedro entre el olivino y el fluido. CO 2 se sabe que aumenta el líquido de olivina θ en condiciones en las que la olivina no reacciona con el CO 2 . Mientras que, un estudio reciente demostró que el NaCl puede disminuir eficazmente el líquido de olivina θ incluso con una concentración baja de NaCl. NaCl y CO 2 tienen efectos opuestos sobre el líquido de olivino θ, y este factor ha inhibido a los investigadores en su comprensión de la migración de fluidos en las zonas de subducción.
Aclarar los efectos competitivos del NaCl y el CO 2 en θ en un olivino + multicomponente (H 2 O-CO 2 El sistema de fluidos -NaCl) puede ayudar a los investigadores a comprender la conectividad del fluido acuoso con composiciones más realistas de la cuña del manto; facilitando así el mapeo de la distribución de fluidos.
Para hacer esto, estudiante de doctorado Yongsheng Huang, profesor Michihiko Nakamura, y el investigador postdoctoral Takayuki Nakatani de la Universidad de Tohoku trabajaron junto con la profesora Catherine McCammon de la Universidad de Bayreuth. El equipo de investigación buscó restringir θ en olivino + H 2 O-CO 2 fluido y olivino + H 2 O-CO 2 -Sistemas de fluidos de NaCl (multicomponente) a 1-4 GPa y 800-1100 ° C.
Los resultados en el H 2 O-CO 2 sistema mostró que CO 2 tiende a aumentar θ a 1 GPa y 800-1100 ° C y a 2 GPa y 1100 ° C. A diferencia de, CO 2 redujo el θ por debajo de 60 ° en condiciones de presión relativamente alta y baja temperatura. Aquí, el olivino reacciona parcialmente con CO 2 para formar magnesita y ortopiroxeno (opx).
Experimentos adicionales sobre olivino-magnesita + H 2 Oy olivino-opx + H 2 Osystems mostró magnesita u opx disminuyó el líquido de olivina θ. Esto implica que los minerales coexistentes afectan la energía interfacial del fluido olivino al cambiar la química del fluido. Los resultados del sistema multicomponente mostraron que el efecto del NaCl sobre θ es mucho más significativo que el CO 2 . Sorprendentemente, θ fue menor de 60 ° en todos los sistemas multicomponente que contienen magnesita y opx.
"Nuestro estudio ha revelado que el CO 2 -Los fluidos acuosos multicomponentes que contienen pueden infiltrarse en la placa superpuesta a través de una red interconectada a presiones superiores a 2 GPa, lo que facilita la circulación significativa del fluido del antearco y confirma el origen de las anomalías de alta conductividad eléctrica detectadas en la cuña del manto del antearco, "dijo Nakamura.
Los efectos contrastantes del fluido acuoso y el silicato fundido sobre la velocidad de la onda sísmica pueden permitir mapear el fundido parcial en la cuña del manto.
