Gefunden! Verborgene Ozean tief im Erdmantel eingesperrt
Tief in den felsigen Erdmantel liegt Oceans im Wert von Wasser eingesperrt in einer Art von Mineral namens Ringwoodite, eine neue Studie belegt.
Die Ergebnisse der Studie helfen Wissenschaftler verstehen der Erde Wasserkreislauf und wie Plattentektonik bewegt Wasser zwischen der Oberfläche des Planeten und innere Stauseen, sagen Forscher.
Der Erdmantel ist heiß, felsigen Schicht zwischen Kern und Kruste des Planeten. Wissenschaftler haben lange vermutet, dass der Mantel des sogenannten Übergangszone, die zwischen den oberen und unteren Mantel Schichten 255 bis 410 Meilen (410 bis 660 Kilometer) unterhalb der Erdoberfläche sitzt, Wasser gefangen in seltenen Mineralien enthalten könnte. Allerdings hat direkten Beweis für dieses Wasser bis jetzt gefehlt. [Siehe Bilder von wasserreichen Ringwoodite und Erde Schichten]
Um festzustellen, ob die Wechselzone wirklich ein tiefes Reservoir für Wasser ist, Forscher führte Experimente auf wasserreichen Ringwoodite, analysiert Erdbebenwellen durch den Mantel unter den Vereinigten Staaten reisen, und numerische Modellen studiert. Sie entdeckten, dass nach unten fließenden Mantel Material schmelzen ist, wie es die Grenze zwischen der Wechselzone und die untere Schicht des Mantels überschreitet.
"Wenn wir sehen diese schmelzen, dann muss es dieses Wasser in der Wechselzone sein," sagte Brandon Schmandt, ein Seismologe an der University of New Mexico und Co-Autor der neuen Studie, veröffentlicht in der Zeitschrift Science (12 Juni) heute. "Die Übergangszone kann eine Menge Wasser zu halten, und könnte die gleiche Menge an H2O [Wasser] als Ozeane der Welt." (Schmelzen ist eine Möglichkeit der Befreiung von Wasser, das unter Bedingungen im unteren Erdmantel instabil ist, sagte der Forscher.)
Mineral Wasser-reich
Ringwoodite ist eine seltene Art von Mineral, das aus Olivin unter sehr hohe Drücke und Temperaturen, wie z. B. die Anwesenden in der Mantelzone Übergang bildet. Laborstudien haben gezeigt, dass das Mineral Wasser enthalten kann, die nicht als Flüssigkeit, Eis oder Dampf vorhanden ist; Stattdessen ist es in der molekularen Struktur der Ringwoodite als Hydroxid-Ionen (gebundenen Sauerstoff und Wasserstoff-Atome) gefangen.
Im März entdeckte eine weitere Forschergruppe eine ungewöhnliche Diamant aus dem Erdmantel, die wasserhaltigen Ringwoodite ummantelt. Obwohl die Suche die Übergangszone kann eine Menge Wasser enthalten vorgeschlagen, es war das erste und nur Ringwoodite Exemplar aus dem Erdmantel Wissenschaftler haben jemals analysierten (alle anderen Proben wurden im Labor hergestellt oder in Meteoriten gefunden), und möglicherweise nicht repräsentativ für andere Mantel Ringwoodite. [Shine On: Fotos von schillernden Mineralstufen]
"Recht jetzt, wir sind eins-zu-eins, weil dieser Ringwoodite einige H2O drin hatte, aber wir wussten nicht, ob es normal war," sagte Schmandt Leben Wissenschaft. Also machte Schmandt und Geophysiker Steven Jacobsen der Northwestern University in Illinois um Beobachtungen zu testen, ob andere Mantel Ringwoodite auch Wasser enthält.
Die Forscher wussten, dass die Kristallstruktur des Ringwoodite ermöglicht die Übergangszone Wasser, aber diese Strukturänderungen zu halten, wenn das Material über die Grenze in den unteren Mantel (aufgrund der zunehmenden Druck und hoher Temperatur) verschiebt. Da die Struktur der Mineralien im unteren Erdmantel trap kann nicht Wasser Weg Ringwoodite kann, Schmandt und Jacobsen mit Gründen versehenen Felsen schmelzen würde, als sie aus der Wechselzone auf dem unteren Mantel floss. "Schmelzen nur ein Mechanismus, der das Wasser loszuwerden", sagte Schmandt.
Um diese Hypothese zu testen, durchgeführt Jacobsen und seine Kollegen Laborexperimenten zu simulieren, was passieren würde, um die Zone Ringwoodite Übergang, wie es tiefer in die Erde reist. Sie synthetisiert wasserhaltigen Ringwoodite und neu die Temperaturen und drücke, die es in der Übergangszone erleben würde, durch Erhitzen es mit Lasern und komprimieren es zwischen harten, Amboß-wie Diamanten.
Mit ihrem Setup, erhöht sie dann langsam die Temperatur und Druck, die Bedingungen in den unteren Mantel zu imitieren. Die Ringwoodite verwandelt sich in ein anderes Mineral genannt Silikat Perowskit und Transmissions-Elektronenmikroskopie zeigten, dass das Mineral Silikat Schmelze um einzelne Kristalle von Perowskit enthalten.
"Was sagt uns, dass ist ähnlich hydratisiert Ringwoodite in der Wechselzone, die nach unten gezogen wird, um die Schmelze zu produzieren erwarten würde," sagte Schmandt. "Da Schmelze wie seismische Wellen ändert zu verbreiten, das ist ein Ziel, das ich für [mit Seismometern] jagen kann."
Suche nach der Schmelze
Mit Earthscope USArray, ein Netzwerk von tragbaren Seismometer in den Vereinigten Staaten analysiert Schmandt seismische Wellen, wie sie an den unteren Mantel aus der Wechselzone übergeben. Er fand die Wellen verlangsamt, da sie gekreuzt in den unteren Mantel, was darauf hindeutet, dass Schmelze in die Begrenzung vorhanden war. Wichtig ist, ist der Rückgang der seismischen Geschwindigkeit nicht überall geschehen – Modelle zeigten die Welle Geschwindigkeit verringert nur wo Material nach unten aus der Wechselzone auf dem unteren Mantel, wie die Forscher vorhergesagt floss. [Infografik: höchste Berg der Erde, seine tiefsten Ozeangraben]
Die Schmelze in die Grenze wahrscheinlich produziert, dann fließt nach oben, nach Mineralien, die das Wasser halten können Schmandt sagte zurück, fügte hinzu, dass dieser Mechanismus erlaubt es die Übergangszone stabiler Wasserspeicher.
"[Studie] bietet kritische experimentelle Unterstützung für die wichtige Rolle die Wechselzone bei der Kontrolle der schmelzenden Verhalten und Flussmittel von Wasserstoff in den Tiefen der Erde," Graham Pearson, ein Mantel Geochemiker an der University of Alberta, an den Arbeiten beteiligt war, erzählte Leben Wissenschaft in einer e-Mail.
Anna Kelbert, Geophysiker an der Oregon State University, der ebenfalls an der Studie beteiligt war vermerkt, dass Wissenschaftler zahlreiche Ansätze früher haben um zu suchen Beweise der Erde innen Wasser-Reservoir, aber dies das erste Mal, die Forscher suchten haben nach Hinweisen des Stausees ist durch die Konzentration auf das mögliche Wasser-induzierte schmelzen an der Unterseite der Übergangszone. "Es bietet eine wichtige interdisziplinäre Perspektive auf dieses Problem", sagte Kelbert. "Es hat erhebliche Auswirkungen auf unser Verständnis für das Verhalten der abtauchenden Platten tief im Erdmantel und auf unser Verständnis der [] Allgemeine Haushalt/Wasserverteilung auf der Erde."
Schmandt hofft jetzt seismische Daten aus anderen Bereichen rund um den Globus zu analysieren und sehen, wie häufig Mantel schmelzen ist. Dadurch könnten Forscher zu sehen, ob es ist etwas Besonderes über die Geschichte der Subduktion des Mantels unter Nordamerika, oder wie die Erdplatten unter einander im Laufe der Zeit verschoben haben.
Die neuen Erkenntnisse helfen auch Wissenschaftler Wasserkreislauf der Erde besser zu verstehen. "Das Oberflächenwasser haben wir jetzt kamen aus Entgasung von geschmolzenem Gestein. Es kam von den ursprünglichen Rock-Zutaten der Erde", sagte Schmandt. "Wie viel Wasser ist immer noch im Inneren der Erde heute relativ zur Oberfläche?"
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