Uma ilustração que mostra a migração de fluidos aquosos derivados de placas em zonas de subducção. Crédito:Tohoku University
Uma equipe de pesquisadores descobriu mais sobre a conectividade de fluidos em escala de grãos abaixo da superfície da Terra, lançando uma nova luz sobre a circulação de fluidos e anomalias de velocidade sísmica em zonas de subducção.
As placas litosféricas colidem em limites convergentes. Aqui, a litosfera oceânica menos densa subduz abaixo da placa continental, e libera uma abundância de água devido a uma reação metamórfica progressiva em alta pressão e alta temperatura. A água liberada pode infiltrar-se na cunha do manto que fica entre a litosfera oceânica subdutora e a crosta continental.
Os fluidos que circulam nas zonas de subducção têm um efeito significativo na gênese do magma, troca global de materiais entre o interior e a superfície da Terra, e sismicidade. O ângulo diedro (θ) - o ângulo entre dois planos que se cruzam - é a chave para revelar a conectividade do fluido e o regime de migração para um mancal de fluido, rocha profundamente enraizada no interior da Terra conhecida como pirólita - uma rocha composta principalmente de olivina.
Embora H 2 O é a composição predominante de fluidos da zona de subducção, componentes menores no fluido podem ter um impacto dramático nas propriedades umectantes da olivina. Isso é evidenciado no ângulo diedro entre a olivina e o fluido.
Sal (NaCl) e gases não polarizados, como CO 2 são dois componentes cruciais dos fluidos da zona de subducção que afetam significativamente o ângulo diedro entre a olivina e o fluido. CO 2 é conhecido por aumentar o fluido de olivina θ sob condições em que a olivina não reage com CO 2 . Enquanto que, um estudo recente mostrou que o NaCl pode diminuir efetivamente o θ do fluido de olivina, mesmo com uma baixa concentração de NaCl. NaCl e CO 2 têm efeitos opostos no fluido de olivina θ, e esse fator inibiu os pesquisadores em sua compreensão da migração de fluidos em zonas de subducção.
Esclarecendo os efeitos concorrentes de NaCl e CO 2 em θ em uma olivina + multicomponente (H 2 O-CO 2 O sistema de fluido -NaCl) pode ajudar os pesquisadores a entender a conectividade do fluido aquoso com composições mais realistas da cunha do manto; tornando mais fácil o mapeamento da distribuição de fluidos.
Para fazer isso, estudante de doutorado Yongsheng Huang, professora Michihiko Nakamura, e o pesquisador de pós-doutorado Takayuki Nakatani, da Tohoku University, trabalhou ao lado da professora Catherine McCammon da University of Bayreuth. A equipe de pesquisa procurou restringir θ em olivina + H 2 O-CO 2 fluido e olivina + H 2 O-CO 2 Sistemas de fluido -NaCl (multicomponentes) a 1-4 GPa e 800-1100 ° C.
Os resultados no H 2 O-CO 2 sistema mostrou que CO 2 tende a aumentar θ a 1 GPa e 800-1100 ° C e a 2 GPa e 1100 ° C. Em contraste, CO 2 reduziu o θ abaixo de 60 ° em condições de pressão relativamente alta e baixa temperatura. Aqui, a olivina reage parcialmente com o CO 2 para formar magnesita e ortopiroxênio (opx).
Experimentos adicionais em olivina-magnesita + H 2 Oe olivina-opx + H 2 Os sistemas mostraram que a magnesita ou opx diminuiu o fluido de olivina θ. Isso implica que os minerais coexistentes afetam a energia interfacial olivina-fluido, alterando a química do fluido. Os resultados do sistema multicomponente mostraram que o efeito do NaCl em θ é muito mais significativo do que o CO 2 . Surpreendentemente, θ era menor que 60 ° em todos os sistemas multicomponentes portadores de magnesita e opx.
"Nosso estudo revelou que o CO 2 com fluido aquoso multicomponente pode se infiltrar na placa sobrejacente através de uma rede interconectada a pressões acima de 2 GPa, que facilita a circulação significativa do fluido do arco anterior e confirma a origem das anomalias de alta condutividade elétrica detectadas na cunha do manto do arco anterior, "disse Nakamura.
Os efeitos contrastantes do fluido aquoso e da fusão de silicato na velocidade da onda sísmica podem permitir o mapeamento da fusão parcial na cunha do manto.
