A água é transportada pelas placas oceânicas para o interior profundo da Terra e altera as propriedades dos minerais e rochas, afetando o ciclo material interno da Terra e a evolução ambiental desde a formação da Terra.
Um grupo de pesquisa internacional liderado pelo Dr. Takayuki Ishii e Dr. Ho-kwang Mao (Centro de Pesquisa Avançada em Ciência e Tecnologia de Alta Pressão, HPSTAR), Bayerisches Geoinstitut, Universidade de Bayreuth, Alemanha, e Universidade Tohoku, Japão, revela que as sílicas aluminosas desempenham um papel importante como transportador de água no manto inferior. Eles determinaram os teores de alumina e água dos minerais de sílica, que são minerais importantes na crosta basáltica da parte superior de uma placa de subducção.
Os resultados mostram que a sílica do tipo rutilo (stishovite), que é amplamente estável na parte superior do manto inferior, sofre uma transição de fase para uma fase do tipo CaCl2, quando contém água e alumina. A sílica aluminosa do tipo CaCl2 pode conter mais de 10 vezes a quantidade de água do que outros minerais do manto inferior, mesmo em temperaturas muito altas no manto inferior. Essa descoberta levará à elucidação da origem da água no manto inferior e do ciclo da água no manto. Os resultados foram publicados em 24 de outubro na revista Proceedings of the National Academy of Sciences.
Desde o nascimento da Terra, a água percorreu a superfície e o interior da Terra, provocando terremotos e atividade vulcânica e afetando a evolução do ambiente interior da Terra. Estima-se que a quantidade de água que pode ser armazenada no interior da Terra seja várias vezes maior do que a água do mar na superfície da Terra.
A água (água do mar) é transportada para o interior da Terra pelas placas oceânicas. Para evitar que a água vaze das placas, os minerais que compõem as placas transportam água com eficiência, incorporando-a em suas estruturas cristalinas. Pensa-se que os minerais são transportados pelas placas para o manto inferior e depois devolvidos à superfície da Terra pela pluma ascendente. Ainda não é bem compreendido quanta água é armazenada no interior da Terra e como ela retorna à superfície da Terra. Para entender essas questões, é importante saber quanta água os minerais do manto de água podem conter e quão estável eles podem reter a água.
Verificou-se que os basaltos encontrados em vulcões de ilhas oceânicas, como hotspots, que se acredita terem sua origem no manto inferior, contêm mais água do que outros basaltos. Isso sugere que o manto inferior desempenha o papel de um grande reservatório de água.
No entanto, experimentos anteriores de alta temperatura e alta pressão mostraram que os principais minerais do manto inferior que compõem o peridotito na parte inferior da placa de subducção podem reter muito pouca água. Portanto, é altamente provável que a água subduzida para o manto inferior seja armazenada nos minerais nas crostas basálticas, que é a camada superior da placa.
Neste estudo, focamos em minerais de sílica, que é abundante em crostas basálticas. Embora este mineral tenha sido proposto para conter grandes quantidades de água, a solubilidade em água em sílica aluminosa, que mais provavelmente existe em crostas basálticas, uma vez que o basalto também é rico em alumina, não foi intensamente investigada em condições do manto inferior.
Sintetizamos monocristais de sílica aluminosa de alta qualidade em condições superiores do manto inferior por experimentos de alta temperatura e alta pressão, e determinamos seu teor preciso de água por espectroscopia de infravermelho. Como resultado, descobrimos que a quantidade de alumina na sílica aumenta com a temperatura, e que acima de 1700°C, a temperatura média do manto, sílica do tipo rutilo (stishovite), que é estável no topo do manto inferior, sofre uma transição de fase para uma fase do tipo CaCl2. A sílica aluminosa do tipo CaCl2 contém uma quantidade maior (mais de 1% em peso) de água do que a stishovite, mesmo acima da temperatura média do manto.
Isso é mais de 10 vezes o teor de água que outros minerais do manto inferior podem conter. Como o teor de alumina aumenta com a temperatura, espera-se que o teor de água também aumente proporcionalmente à temperatura. Os minerais do manto relatados anteriormente liberam água com o aumento da temperatura: seu teor de água geralmente diminui com a temperatura. Como a temperatura aumenta com a profundidade no interior da Terra, essa propriedade implica que a capacidade de retenção de água dos minerais diminui com a profundidade.
Quando a água é liberada dos minerais, ela reage com as rochas para formar magma hidratado, que se separa da placa e se move para a superfície. Portanto, a profundidade na qual os minerais liberam água é considerada o limite superior da profundidade de transporte de água. Foi apontado que no manto inferior, que é particularmente quente, os minerais não podem reter água e podem não ser capazes de transportar água. Contrariamente a esta propriedade, os minerais sintetizados neste estudo têm um teor de água que aumenta com a temperatura e podem reter grandes quantidades de água mesmo sob as condições de pluma mais quentes do manto.
Além disso, a água liberada de outros minerais não é separada da placa, mas é recapturada pela sílica aluminosa na camada basáltica da placa, permitindo que a água seja transportada para o manto profundo sem perda de água. Além disso, a pluma também pode transportar água novamente do manto inferior para o manto superior. Portanto, a sílica aluminosa do tipo CaCl2 pode ser o carreador de água mais promissor no manto inferior. Na zona de transição e no manto superior, ocorre uma transição de fase reversa da fase do tipo CaCl2 para stishovite, e acredita-se que a água seja liberada da sílica à medida que a capacidade de retenção de água na sílica aluminosa diminui.
Acredita-se que as estruturas locais do manto descobertas até agora, como a camada sísmica de baixa velocidade logo abaixo do limite da zona de transição-manto inferior, a pluma acumulada no limite e a zona de transição hidratada, sejam explicadas pela presença de água. , e o comportamento da sílica hidratada aluminosa pode explicar com sucesso esses fenômenos.
Publicado em 30/10/2022 10h17
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