Faza 15 Ångströma. Minerał o niezwykłej chłonności
Międzynarodowy zespół naukowców z Korei Południowej, Niemiec i Stanów Zjednoczonych dokonał zaskakującego odkrycia podczas badań laboratoryjnych. Talk poddany działaniu słonych, alkalicznych płynów – takich jakie występują w strefach subdukcji – przekształca się w superuwodnioną formę, zdolną przechowywać znacznie większe ilości wody niż dotąd przypuszczano. Ta nowa faza krystaliczna, nazwana fazą 15 Ångströma, powstaje na głębokości około 90-95 kilometrów przy ciśnieniu 3,0 gigapaskali i temperaturze 350 stopni Celsjusza.
Czytaj też:
Kluczowe okazało się odtworzenie rzeczywistych warunków panujących w strefach subdukcji. Wcześniejsze eksperymenty prowadzone w czystej wodzie nie oddawały pełnej złożoności procesów chemicznych zachodzących głęboko pod powierzchnią Ziemi. W zawartości wody ta nowa forma osiąga około 31% wagowo. To trzykrotnie więcej niż w zwykłym talku i dwukrotnie więcej niż w jego wcześniej znanej fazie 10 Ångströma.
Nasza praca demonstruje zatem transformację minerałów w bardziej realistycznych środowiskach subdukcji, co wymaga ponownej oceny geochemii i sejsmiczności związanej z subdukcją, a także transportu wody w głąb Ziemi – opisuje Yoonah Bang z Yonsei University
Wędrówka wody w głąb planety. Cykl hydratacji i dehydratacji
Superuwodniona faza nie jest wieczna. Gdy płyta tektoniczna zanurza się głębiej, na głębokości około 165 kilometrów następuje przełomowy moment. Za jego sprawą minerał kurczy się i przekształca w fazę 10 Ångströma, uwalniając przy tym aż 65% zmagazynowanej wody do otaczających skał. Skala tego zjawiska robi wrażenie, ponieważ badacze obliczyli, że transport wody przez talk zwiększa się z około 0,48 × 10^14 gramów H2O rocznie do około 4,2 × 10^14 gramów rocznie. Jeśli proces ten zachodził w zimnych strefach subdukcji przez ostatnie 200 milionów lat, ilość wody „wciągniętej” w głąb planety sięga 0,32-1,2 × 10^23 gramów. To odpowiednik obniżenia poziomu morza o 85-310 metrów, co stanowi 2,3-8,3% objętości globalnego oceanu.
Odkrycie może rzucić nowe światło na rozkład trzęsień ziemi i aktywności wulkanicznej. Woda uwalniana na dużych głębokościach obniża temperaturę topnienia skał i wpływa na właściwości uskoków tektonicznych, co bezpośrednio oddziałuje na powstawanie magmy i charakterystykę wstrząsów. Analiza danych sejsmicznych ujawniła intrygujące korelacje. Częstotliwość trzęsień ziemi spada o 44% na głębokościach 75-125 kilometrów, czyli dokładnie tam, gdzie tworzy się superuwodniona faza. Z kolei na głębokościach 150-200 kilometrów, gdzie następuje jej częściowe odwodnienie, częstotliwość wstrząsów wzrasta o 34%. Badacze zauważyli również związek z rozmieszczeniem łuków wulkanicznych.
Czytaj też:
W przypadku zimnej płyty typowa głębokość źródła magmy wynosi około 156 kilometrów, co pokrywa się z laboratoryjnie ustaloną granicą stabilności fazy 10 Ångströma. Oznacza to, iż przejścia między fazami talku mogą pomagać w określaniu lokalizacji aktywności wulkanicznej. Mimo potencjalnie przełomowych doniesień, rzeczywisty wpływ superuwodnionego talku na globalny obieg wody wymaga dalszych badań i weryfikacji w różnych strefach subdukcji. Niemniej, badania te otwierają nowy rozdział w rozumieniu głębokich procesów geologicznych. Pokazują, że nawet tak dobrze znany minerał jak talk wciąż potrafi zaskakiwać, a procesy zachodzące dziesiątki kilometrów pod naszymi stopami są bardziej dynamiczne i skomplikowane, niż kiedykolwiek przypuszczaliśmy.
