Une équipe de chercheurs a découvert plus sur la connectivité des fluides à l'échelle du grain sous la surface de la Terre, apporter un éclairage nouveau sur les anomalies de circulation des fluides et de vitesse sismique dans les zones de subduction.

Les plaques lithosphériques entrent en collision aux frontières convergentes. Ici, la lithosphère océanique moins dense subducts sous la plaque continentale, et libère une abondance d'eau en raison d'une réaction métamorphique progressive à haute pression et haute température. L'eau libérée peut s'infiltrer dans le coin du manteau qui se situe entre la lithosphère océanique subductrice et la croûte continentale.

Les fluides qui circulent dans les zones de subduction ont un effet significatif sur la genèse du magma, l'échange mondial de matières entre l'intérieur et la surface de la Terre, et la sismicité. L'angle dièdre (θ) - l'angle entre deux plans d'intersection - détient la clé pour révéler la connectivité fluide et le régime de migration pour un fluide-roulement, roche profondément enracinée à l'intérieur de la Terre connue sous le nom de pyrolite, une roche principalement composée d'olivine.

Bien que H 2 O est la composition prédominante des fluides de la zone de subduction, des composants mineurs dans le fluide peuvent avoir un impact considérable sur les propriétés de mouillage de l'olivine. Ceci est mis en évidence par l'angle dièdre entre l'olivine et le fluide.

Sel (NaCl) et gaz non polarisés comme le CO 2 sont deux composants cruciaux des fluides de la zone de subduction qui affectent de manière significative l'angle dièdre entre l'olivine et le fluide. CO 2 est connu pour augmenter l'olivine-fluide θ dans des conditions dans lesquelles l'olivine ne réagit pas avec le CO 2 . Tandis que, une étude récente a montré que le NaCl peut réduire efficacement le fluide olivine θ même avec une faible concentration de NaCl. NaCl et CO 2 ont des effets opposés sur le fluide olivine θ, et ce facteur a inhibé les chercheurs dans leur compréhension de la migration des fluides dans les zones de subduction.

Clarifier les effets concurrents du NaCl et du CO 2 sur θ dans une olivine + multicomposant (H 2 O-CO 2 -NaCl) peut aider les chercheurs à comprendre la connectivité du fluide aqueux avec des compositions plus réalistes du coin du manteau ; facilitant ainsi la cartographie de la distribution des fluides.

Pour faire ça, doctorant Yongsheng Huang, professeur Michihiko Nakamura, et le chercheur postdoctoral Takayuki Nakatani de l'Université de Tohoku a travaillé aux côtés de la professeure Catherine McCammon de l'Université de Bayreuth. L'équipe de recherche a cherché à contraindre dans l'olivine +H 2 O-CO 2 fluide et olivine +H 2 O-CO 2 -Systèmes de fluides NaCl (multicomposant) à 1-4 GPa et 800-1100 °C.

Les résultats dans leH 2 O-CO 2 système a montré que le CO 2 tend à augmenter θ à 1 GPa et 800-1100 °C et à 2 GPa et 1100 °C. En revanche, CO 2 réduit le à moins de 60° dans des conditions de pression et de température relativement élevées. Ici, l'olivine réagit en partie avec le CO 2 pour former de la magnésite et de l'orthopyroxène (opx).

Expériences complémentaires sur olivine-magnésite +H 2 Oet olivine-opx +H 2 Les systèmes ont montré que la magnésite ou l'opx diminuaient le du fluide olivine. Cela implique que les minéraux coexistants affectent l'énergie interfaciale olivine-fluide en modifiant la chimie des fluides. Les résultats du système multi-composants ont montré que l'effet du NaCl sur θ est beaucoup plus important que celui du CO 2 . Étonnamment, θ était inférieur à 60° dans tous les systèmes multi-composants contenant de la magnésite et de l'opx.

« Notre étude a révélé que le CO 2 -le fluide aqueux multicomposant porteur peut s'infiltrer dans la plaque sus-jacente à travers un réseau interconnecté à des pressions supérieures à 2 GPa, qui facilite une circulation importante du fluide d'avant-arc et confirme l'origine des anomalies de conductivité électrique élevées détectées dans le coin du manteau d'avant-arc, " dit Nakamura.

Les effets contrastés du fluide aqueux et de la fonte des silicates sur la vitesse des ondes sismiques peuvent permettre de cartographier la fonte partielle dans le coin du manteau.