Procesy wodne we wnętrzu Ziemi

Strefy subdukcji to regiony geologiczne, w których dwie płyty tektoniczne (fragmenty litosfery Ziemi) gwałtownie się zderzają, powodując, że jedna z nich zapada się w płaszcz Ziemi pod drugą. Ogólnie rzecz biorąc ruchy litosfery oceanicznej (skorupy i górnego płaszcza oceanów) sprzyjają włączeniu wody do minerałów wodnych. Podczas subdukcji niektóre z tych minerałów wodnych ulegają częściowemu odwodnieniu, tworząc fazę płynną.

Część wody powraca na powierzchnię Ziemi, a część jest transportowana do głębokiego płaszcza przez minerały nominalnie bezwodne (NAM). W ramach finansowanego przez UE projektu "Hydrogen incorporation in subducting lithosphere after dehydration reactions" (HISLA-DR) przystąpiono do zbadania nie w pełni rozumianych mechanizmów transferu wody do NAM.

W pierwszej kolejności naukowcy zgromadzili nowe dane dotyczące dyfuzji wodoru do NAM, zwłaszcza do oliwinu. Następstwem doświadczeń laboratoryjnych wykorzystujących chemię niedoboru wody było zgromadzenie próbek skał z wysokociśnieniowego metaperydotytu (np. z Alp Wschodnich). Analiza zawartości wodoru w NAM z tych próbek terenowych stanowi najbardziej kompletny zestaw danych na temat zawartości wody w naturalnych perydotytach ze stref subdukcji.

Dane doświadczalne wykazały, że dyfuzja wodoru w strukturze oliwinu może być albo najszybszą spośród wszystkich pozostałych gatunków, albo o całe rzędy wielkości wolniejszą. Naukowcy powiązali tempo z niedoborami, w których wiązany jest wodór. Wodór kojarzony z najbardziej powszechnymi niedoborami oliwinu w górnym płaszczu dyfunduje do 1000 razy wolniej niż wcześniej zakładano.

Próbki uzyskane z Alp oraz dane z doświadczeń laboratoryjnych demonstrują zabezpieczenie wody na długie okresy oraz współzależność między zawartością wodoru a temperaturą i ciśnieniem. Oba te wnioski potwierdzają zaobserwowane współczynniki powolnej dyfuzji wodoru. Połączenie danych terenowych i laboratoryjnych po raz pierwszy pozwoliło na ewaluację ilościową maksymalnej objętości wody w NAM w strefach subdukcji, co sugeruje, że krawędź płaszcza działa niczym zbiornik wodny.

Strefy subdukcji to regiony o najwyższej aktywności geologicznej na Ziemi, które odgrywają decydującą rolę w zdarzeniach sejsmicznych i erupcjach wulkanicznych. Projekt HISLA-DR dostarczył ważnych informacji na temat dynamicznych zdarzeń wodnych w tych regionach, wypełniając istotną lukę w wiedzy i zapewniając wkład w działania pozwalające zapobiec zagrożeniom.