Медленные столкновения тектонических плит под океаном уносят примерно в три раза больше воды в недра Земли, чем предполагалось ранее, согласно первому в своем роде сейсмическому исследованию, проведенному в Марианской впадине.
Наблюдения из самой глубокой океанской впадины в мире имеют важное значение для глобального круговорота воды, по мнению исследователей в области искусств и наук Вашингтонского университета в Сент-Луисе.
«Люди знали, что зоны субдукции могут нести вниз воду, но они не знали, сколько воды», - сказал Чен Цай, недавно защитивший докторскую диссертацию в Вашингтонском университете. Цай является первым автором исследования, опубликованного в номере журнала Nature от 15 ноября.
«Это исследование показывает, что зоны субдукции перемещают гораздо больше воды в глубокие недра Земли - на много миль ниже поверхности - чем считалось ранее», - сказала Кэндис Мейджор, программный директор Отделения наук об океане Национального научного фонда, который финансировал исследование. «Результаты подчеркивают важную роль зон субдукции в круговороте воды на Земле».
«Предыдущие оценки сильно различаются по количеству воды, которая погружается на глубину более 60 миль», - сказал Дуг Винс, заслуженный профессор Роберта С. Брукингса в области наук о Земле и планетах в области искусств и наук, а также советник Цая по исследованиям в исследование. «Основным источником неопределенности в этих расчетах было начальное содержание воды в погружающейся верхней части мантии».
Для проведения этого исследования исследователи прослушали грохот Земли за более чем один год - от окружающего шума до реальных землетрясений - с помощью сети из 19 пассивных сейсмографов морского дна, развернутых в Марианской впадине, а также на семи островах. сейсмографы. Впадина - это место, где западная плита Тихого океана скользит под Марианскую плиту и погружается глубоко в мантию Земли по мере того, как плиты медленно сходятся.
Новые сейсмические наблюдения рисуют более детализированную картину того, как Тихоокеанская плита изгибается в желоб, разрешая ее трехмерную структуру и отслеживая относительные скорости типов горных пород, которые имеют разные способности удерживать воду.
Камень может захватывать и удерживать воду разными способами.
Океаническая вода поверх плиты стекает в земную кору и верхнюю мантию вдоль линий разломов, пересекающих область, где плиты сталкиваются и изгибаются. Потом попадает в ловушку. При определенных условиях температуры и давления химические реакции заставляют воду переходить в нежидкую форму в виде водосодержащих минералов - влажных горных пород - запирая воду в горной породе на геологической плите. Тем временем плита продолжает все глубже уползать в мантию Земли, увлекая за собой воду.
Предыдущие исследования зон субдукции, таких как Марианская впадина, показали, что погружающаяся плита может удерживать воду. Но они не могли определить, сколько воды в нем содержится и насколько глубоко оно уходит.
«Предыдущие соглашения были основаны на активных исследованиях источников, которые могут показать только верхние 3-4 мили входящей плиты», - сказал Цай.
Он имел в виду тип сейсмического исследования, в котором используются звуковые волны, создаваемые взрывом пневматической пушки с борта океанского исследовательского судна, для создания изображения подповерхностной скальной структуры.
«Они не могут точно сказать, насколько он густой или насколько он увлажнен», - сказал Цай. «Наше исследование пыталось ограничить это. Если вода может проникнуть глубже в пластину, она может остаться там и опуститься на более глубокие глубины».
Сейсмические изображения, полученные Кай и Винсом, показывают, что область гидратированных пород в Марианской впадине простирается почти на 20 миль под морским дном - намного глубже, чем считалось ранее.
Количество воды, которое может содержаться в этом блоке гидратированной породы, является значительным.
Только в районе Марианской впадины погружается в четыре раза больше воды, чем предполагалось ранее. Эти особенности можно экстраполировать для прогнозирования условий под другими океанскими впадинами по всему миру.
«Если другие старые, холодные погружающиеся плиты содержат такие же толстые слои водной мантии, то оценки глобального потока воды в мантию на глубинах более 60 миль должны быть увеличены примерно в три раза», - сказал Винс..
И что касается воды на Земле, то, что уходит вниз, должно подняться. Уровень моря оставался относительно стабильным в течение геологического времени, изменяясь менее чем на 1000 футов. Это означает, что вся вода, спускающаяся в землю в зонах субдукции, должна каким-то образом возвращаться обратно, а не накапливаться постоянно внутри Земля.
Ученые считают, что большая часть воды, которая спускается в траншею, возвращается с Земли в виде водяного пара, когда извергаются вулканы в сотнях миль от нас. Но с пересмотренными оценками воды из нового исследования количество воды, попадающей в землю, кажется, значительно превышает количество воды, выходящей наружу.
«Оценки количества воды, возвращающейся обратно через вулканическую дугу, вероятно, очень неопределенны», - сказал Винс, который надеется, что это исследование побудит других исследователей пересмотреть свои модели того, как вода возвращается из Земли. «Это исследование, вероятно, вызовет некоторую переоценку».
Двинувшись за пределы Марианской впадины, Винс вместе с группой других ученых недавно развернул аналогичную сейсмическую сеть на шельфе Аляски, чтобы изучить, как вода перемещается вглубь Земли.
«Существенно ли количество воды варьируется от одной зоны субдукции к другой в зависимости от типа разломов, которые возникают при изгибе плиты?» - спросил Винс. «Это было сделано на Аляске и в Центральной Америке. Но никто еще не изучал более глубокую структуру, как мы смогли сделать в Марианской впадине."