Una imagen esquemática que muestra los experimentos de medición ultrasónica de Majorite y la inferencia del comportamiento de una losa subducida. Crédito:Universidad de Ehime
Investigadores de la Universidad de Ehime han informado de la velocidad del sonido de MgSiO 3 Granate Majorita hasta la presión de 18 gigapascales y temperatura hasta 2, 000 Kelvin. Sus resultados conducen a la comprensión de la composición mineral de la zona de transición del manto de la Tierra (MTZ), que aún no ha sido completamente aclarado. Este estudio sugiere que una mezcla mecánica de rocas de losa y manto, en lugar de rocas equilibradas, es más probable que explique las observaciones sismológicas en toda la ZMT.
Los granates de silicato son importantes minerales formadores de rocas que constituyen una parte importante de la corteza terrestre y el manto superior. Hay muchos tipos de granates de silicato compuestos por una variedad de combinaciones de varios elementos:silicato, magnesio, aluminio, calcio, etc. Entre los granates de silicato, los llamados granates mayoríticos son granates enriquecidos en silicio que se forman exclusivamente a profundidades inferiores a ~ 300 km, cuando piroxenos, otro mineral que se encuentra en la corteza terrestre y el manto superior, se disuelven gradualmente en granates de profundidades menores. Ya en 2008, un estudio experimental publicado en la revista Naturaleza por Irifune et al. demostró que la pirolita, compuesto por ~ 40% en volumen de granate mayorítico y ~ 60% en volumen de olivino (tipos de minerales de silicato, (Mg, Fe) 2 SiO 4 ), es la composición rocosa más representativa a profundidades de ~ 560 km en la MTZ. Hay, sin embargo, todavía hay cierta controversia con respecto a la parte superior de la MTZ, debajo de la discontinuidad de 410 km, y en la MTZ más profunda, por encima de la discontinuidad de 660 km, donde los datos de física mineral no pueden explicar los pronunciados gradientes de velocidad sísmica observados por los estudios sísmicos globales.
Se han propuesto varias hipótesis para explicar tales discrepancias, entre ellos, la idea de variaciones de la composición química en los granates del manto ha ganado popularidad. Debido a las diferencias contrastantes en la composición global de las litologías del manto y losa, Es probable que la composición química del granate mayorítico varíe sustancialmente en todo el mundo, dependiendo de la historia geológica de cada zona de subducción. Interpretando tales observaciones sísmicas en términos de composiciones de granate, sin embargo, requiere un conocimiento preciso de las propiedades termoelásticas de los extremos de granate en un amplio rango de presión y temperatura.
MgSiO 3 la majorita es el miembro final más importante de la familia de los granates majoríticos ricos en silicio y un componente importante de los granates majoríticos. Por lo tanto, el conocimiento de sus propiedades termoelásticas es de primordial importancia para derivar con precisión las velocidades sísmicas del granate mayorítico en una amplia gama de presiones. temperatura y composiciones químicas. Pero, debido a que esta fase solo es estable en un rango de presión estrecho, entre ~ 16 y 22 GPa, y temperaturas superiores a ~ 1800 K, realizar tales mediciones ha sido un desafío y, por lo tanto, nunca se han determinado las velocidades del sonido a alta presión y alta temperatura simultáneamente.
A pesar de estas dificultades, Los investigadores de Ehime midieron con éxito las velocidades longitudinal (VP) y de cizallamiento (VS), así como la densidad de MgSiO 3 mayorita hasta 18 GPa y 2, 000 K. En los experimentos, Las técnicas de rayos X de sincrotrón se combinaron con mediciones ultrasónicas in situ a alta presión y temperatura, en el aparato de yunque múltiple ubicado en la línea de luz BL04B1 en SPring-8 (Hyogo, Japón). Usaron una varilla sintética de MgSiO 3 enstatita, una forma de MgSiO a baja presión 3 , para sintetizar la muestra de majorita a alta presión y alta temperatura, a partir del cual midieron directamente las velocidades del sonido en la prensa de múltiples yunques.
Los resultados de sus experimentos mostraron que la majorita tiene el menor volumen y módulos de corte entre los de los principales miembros finales de granate a las presiones y temperaturas de la MTZ de la Tierra. lo que sugiere que es probable que se produzca un ablandamiento elástico en los granates del manto cuando el contenido de majorita aumenta al aumentar la presión (al profundizar). Los resultados predicen además que las propiedades elásticas al cizallamiento de la majorita que contiene Ca pueden ser más sensibles al ordenamiento / desorden de los cationes que otros granates majoríticos. lo que podría dar lugar a una amplia variedad de anomalías elásticas de cizallamiento a través de la transformación del granate cúbico en granate mayorítico tetragonal en composiciones naturales.
El aumento del contenido de majorita en los granates del manto contribuiría a ralentizar la losa subducida en la parte media de la MTZ. El aumento también podría jugar un papel junto con la partición de Fe en olivino / wadsleyita o fusión parcial, para interpretar el salto de velocidad observado a 410 km. Los cambios de composición en el granate mayorítico son, sin embargo, Es poco probable que afecte los perfiles sísmicos por encima del 660, que están más sujetos a cambios por la aparición de CaSiO 3 davemaoite o el Fe que se divide en (Mg, Fe) 2 SiO 4 componentes. Estos nuevos datos deberían contribuir en gran medida a rastrear la existencia y el reciclaje de la antigua corteza litosférica subducida y el destino de la losa subducida en la MTZ de la Tierra.
