Новый способ поиска границ субдуцированных литосферных плит предложили японские ученые

2 декабря 2020 г.

Ученые из университета Эхиме, Япония, измерили скорость распространения ультразвуковых волн в водном минерале «Al‐Bearing Phase D» (фаза Д, обогащенная алюминием) при давлении 22 ГПа и при температуре 1027 °C. Такие условия наблюдаются в переходной зоне мантии Земли на глубинах нескольких сотен километров под земной корой.

Исследование предполагает, что в расплавленном веществе самой верхней части нижней мантии имеется некоторое количество водосодержащих минералов, таких как «Al‐Bearing Phase D». Ученые утверждают, что на это указывают сейсмические сдвиговые аномалии, наблюдаемые локально под зонами субдукции тектонических плит. Сам факт наличия этого минерала в нижней мантии, по словам исследователей может иметь важные последствия для дальнейшего изучения недр Земли, поскольку водород значительно влияет на физические и химические свойства минералов, содержащихся в мантии.

Интерес к поиску и анализу водосодержащих минералов в глубоких недрах Земли у научного сообщества возрос задолго до этого исследования ещё в 2014 году. Тогда в Бразилии был найден водоносный образец рингвудита, заключенный в сверхглубокий алмаз, статья об этом была опубликована Пирсоном и др. в журнале Nature.

Плотные водные силикаты магния считаются наиболее вероятными первичными транспортерами воды из верхних слоев литосферы в переходную зону глубокой мантии (410–660 км), но из-за их относительно нестабильной реакции на высокое давление и температуру, водные силикаты магния обычно связывают с присутствием воды до средней части переходной зоны глубокой мантии.

Результаты другого эксперимента, также опубликованного в 2014 году в журнале Nature Geoscience, показали, что, когда алюминий входит в состав плотных водных силикатов магния, то их устойчивость к высоким температуре и давлению резко повышается, что позволяет этим минералам переносить и удерживать воду на глубинах до 1200 км (Памато и др., 2014). Такие глубины соответствуют нижней мантии Земли.

Эксперимент Памато и др. показал, что обогащенный алюминием минерал «Al‐Bearing Phase D», который относится к плотным водным силикатам магния, вероятно образуется в условиях самой верхней части нижней мантии Земли в результате перекристаллизации водного расплава на границе мантии и субдуцированной плиты. При этом прямые измерения скорости звука для «Al‐Bearing Phase D» не проводились, и ученым трудно было связать присутствие богатых алюминием гидратных минералов с сейсмическими наблюдениями.

В своей новой работе японские исследователи успешно измерили продольную и поперечную скорости распространения сейсмических волн, а также плотность минерала «Al‐Bearing Phase D» с помощью методов синхротронного рентгеновского излучения в сочетании с ультразвуковыми измерениями. Результаты их экспериментов дали четкое представление о скорости распространения звуковых волн в минерале в широком диапазоне давлений и температур, что позволило смоделировать скорости распространения сейсмических волн в водосодержащих породах во внутренней и внешней частях погруженной тектонической плиты. По словам ученых, эти данные должны в значительной степени поспособствовать поиску границ субдуцированных литосферных плит и, в конечном итоге, поиску воды в нижней мантии Земли.

Источник: Geophysical Research Letters

Перевод/адаптация текста: «Вестник ОНЗ РАН»

Печать