Geólogos do Departamento da Terra da Florida State University, Ocean and Atmospheric Science descobriram como a rocha fundida rica em carbono no manto superior da Terra pode afetar o movimento das ondas sísmicas.

A nova pesquisa foi co-autora do Professor Associado de Geologia da EOAS Mainak Mookherjee e do pesquisador de pós-doutorado Suraj Bajgain. Os resultados do estudo foram publicados no jornal Proceedings of the National Academy of Sciences .

“Esta pesquisa é muito importante, pois o carbono é um constituinte crucial para a habitabilidade do planeta, e estamos avançando para entender como a terra sólida pode ter desempenhado um papel no armazenamento e influência na disponibilidade de carbono na superfície da Terra, "Mookherjee disse." Nossa pesquisa nos dá uma melhor compreensão da elasticidade, densidade e compressibilidade dessas rochas e seu papel no ciclo do carbono da Terra. "

Carbono, um dos principais blocos de construção para a vida, é amplamente distribuído por todo o manto superior da Terra e é principalmente armazenado em formas de minerais carbonáticos como minerais acessórios nas rochas do manto. Quando o magma rico em carbonato entra em erupção na superfície, é notável por ser único, aparência de lama. Esses tipos de erupções ocorrem em locais específicos ao redor do mundo, como no vulcão Ol Doinyo Lengai na Tanzânia.

Os especialistas acreditam que a presença de carbonatos nas rochas reduz significativamente a temperatura de fusão. Carbonatos que afundam no interior da Terra, por meio de um processo conhecido como subducção, provavelmente causa este derretimento de baixo grau das rochas do manto superior da Terra, que desempenha um papel importante no ciclo profundo do carbono do planeta.

"O manto da Terra tem menos oxigênio livre disponível em profundidades crescentes, "Mookherjee disse." À medida que o manto sobe através de um processo de convecção do manto, as rochas que se moviam lentamente que foram reduzidas, ou tinha menos oxigênio, em uma profundidade maior, tornam-se progressivamente mais oxidados em profundidades menores. O carbono no manto provavelmente será reduzido nas profundezas da Terra e será oxidado conforme o manto sobe. "

Esta mudança no estado de oxidação dependente da profundidade pode causar o derretimento das rochas do manto, um processo chamado derretimento redox, que poderia produzir rocha fundida rica em carbono, também conhecido como derretimento. Esses derretimentos podem afetar a propriedade física de uma rocha, que podem ser detectados usando sondas geofísicas, como ondas sísmicas, ele disse.

Antes deste estudo, geólogos tinham pouco conhecimento das propriedades elásticas desses derretimentos parciais induzidos por carbonato, o que os tornava difíceis de detectar diretamente.

Um conjunto de pistas que os geólogos usam para entender melhor sua ciência são as medições das ondas sísmicas à medida que se movem pelas camadas da Terra. Um tipo de onda sísmica conhecida como onda de compressão é mais rápida do que outro tipo conhecido como onda de cisalhamento, mas em profundidades de cerca de 180 a 330 quilômetros na Terra, a proporção de suas velocidades é ainda maior do que o normal.

"Esta proporção elevada de ondas de compressão para as ondas de cisalhamento tem sido um quebra-cabeça, e usando as descobertas de nosso estudo, somos capazes de explicar esta observação desconcertante, "Mookherjee disse.

Quantidades menores de derretimento rico em carbono, aproximadamente 0,05 por cento, pode ser difundido de forma generalizada através do manto superior profundo da Terra, e isso pode levar à elevada razão de compressão para velocidade do som de cisalhamento, pesquisadores explicaram.

Para conduzir o estudo, os pesquisadores fizeram medições ultrassônicas de alta pressão e medições de densidade em núcleos do mineral carbonato dolomita. Esses experimentos foram complementados por simulações teóricas para fornecer uma nova compreensão das propriedades físicas fundamentais dos fundidos de carbonato.

"Temos tentado compreender as propriedades elásticas e de transporte dos fluidos aquosos, propriedades de fusão de silicato e fusão metálica, para obter uma melhor visão sobre a massa de voláteis armazenados na terra sólida profunda, "Bajgain disse.

Essas descobertas significam que as rochas parcialmente derretidas no manto podem conter até 80 a 140 partes por milhão de carbono, que seria de 20 a 36 milhões de gigatoneladas de carbono na região do manto superior profundo, tornando-o um reservatório de carbono substancial. Em comparação, A atmosfera da Terra contém pouco mais de 410 ppm de carbono, ou cerca de 870 gigatoneladas.