Uma imagem esquemática que mostra os experimentos de medição ultrassônica da Majorita e a inferência do comportamento de uma laje subduzida. Crédito:Ehime University
Pesquisadores da Universidade Ehime relataram a velocidade do som do MgSiO 3 Granadas de majorita até a pressão de 18 gigapascals e temperatura de até 2, 000 Kelvins. Seus resultados levam ao entendimento da composição mineral da zona de transição do manto terrestre (MTZ), que ainda não foi totalmente elucidado. Este estudo sugere que uma mistura mecânica de laje e rochas do manto, ao invés de rochas equilibradas, é mais provável que explique as observações sismológicas em todo o MTZ.
As granadas de silicato são importantes minerais formadores de rocha que constituem a maior parte da crosta terrestre e do manto superior. Existem muitos tipos de granadas de silicato compostas por uma variedade de combinações de vários elementos:silicato, magnésio, alumínio, cálcio etc. Entre granadas de silicato, aquelas chamadas granadas majoríticas são granadas enriquecidas em silício que se formam exclusivamente em profundidades abaixo de ~ 300 km, quando piroxênios, outro mineral encontrado na crosta terrestre e no manto superior, dissolver gradualmente em granadas de profundidades mais rasas. Já em 2008, um estudo experimental publicado na revista Natureza por Irifune et al. demonstrou que a pirólita, consistindo em ~ 40% em volume de granada majorítica e ~ 60% em volume de olivina (tipos de minerais de silicato, (Mg, Fe) 2 SiO 4 ), é a composição rochosa mais representativa em profundidades de ~ 560 km no MTZ. Há, Contudo, ainda alguma controvérsia em relação à parte superior do MTZ, abaixo da descontinuidade de 410 km, e no MTZ mais profundo, acima da descontinuidade de 660 km, onde os dados da física mineral não podem explicar os gradientes de velocidade sísmica acentuados observados por estudos sísmicos globais.
Várias hipóteses foram propostas para explicar tais discrepâncias, entre eles, a ideia de variações de composição química em granadas de manto cresceu em popularidade. Por causa das diferenças contrastantes na composição em massa de litologias de manto e laje, a composição química da granada majorítica pode variar substancialmente em todo o mundo, dependendo da história geológica de cada zona de subducção. Interpretar essas observações sísmicas em termos de composições de granadas, Contudo, requer um conhecimento preciso das propriedades termoelásticas dos membros finais de granada em uma ampla faixa de pressão e temperatura.
MgSiO 3 majorita é o membro final mais significativo da família das granadas majoríticas, rica em silício, e um dos principais componentes das granadas majoríticas. O conhecimento de suas propriedades termoelásticas é, portanto, de importância primária para derivar com precisão as velocidades sísmicas da granada majorítica em uma ampla faixa de pressão, temperatura e composições químicas. Mas, porque esta fase só é estável em uma faixa estreita de pressão, entre ~ 16 e 22 GPa, e temperaturas superiores a ~ 1800 K, fazer tais medições tem sido um desafio e, portanto, as velocidades do som em alta pressão e alta temperatura simultâneas nunca foram determinadas.
Apesar dessas dificuldades, pesquisadores da Ehime mediram com sucesso as velocidades longitudinal (VP) e de cisalhamento (VS), bem como a densidade de MgSiO 3 majorita, até 18 GPa e 2, 000 K. Nos experimentos, técnicas de raios-X síncrotron foram combinadas com medições ultrassônicas in situ em alta pressão e temperatura, no aparelho multi-bigorna localizado na linha de luz BL04B1 em SPring-8 (Hyogo, Japão). Eles usaram uma haste sintética de MgSiO 3 enstatite, uma forma de baixa pressão de MgSiO 3 , para sintetizar a amostra de majorita em alta pressão e alta temperatura, a partir do qual eles mediram diretamente as velocidades do som na prensa multi-bigorna.
Os resultados de seus experimentos mostraram que a majorita tem os menores módulos de bulk e cisalhamento entre aqueles dos principais membros da granada nas pressões e temperaturas do MTZ da Terra, sugerindo que é provável que ocorra amolecimento elástico em granadas de manto quando o conteúdo de majorita aumenta com o aumento da pressão (com o aprofundamento). Os resultados prevêem ainda que as propriedades elásticas de cisalhamento da majorita portadora de Ca podem ser mais sensíveis à ordenação / desordenação de cátions do que outras granadas majoríticas, que poderia dar origem a uma grande variedade de anomalias elásticas de cisalhamento através da transformação de granada cúbica em granada majorítica tetragonal em composições naturais.
O aumento do teor de majorita nas granadas do manto contribuiria para desacelerar a laje subduzida na parte central do MTZ. O aumento também pode desempenhar um papel junto com a partição de Fe em olivina / wadsleyita ou fusão parcial, para interpretar o salto de velocidade observado a 410 km. As mudanças composicionais na granada majorítica são, Contudo, improvável que afete os perfis sísmicos acima de 660, que estão mais sujeitos a alterações com o surgimento do CaSiO 3 davemaoíta ou a partição de Fe em (Mg, Fe) 2 SiO 4 componentes. Esses novos dados devem contribuir muito para rastrear a existência e reciclagem da crosta litosférica subduzida e o destino da laje subduzida no MTZ da Terra.
