Исследование находит ключи к аномальной электропроводности в мантии Земли

Ученые, включая специалиста из Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса (LLNL), установили, что дегидратация хлорита, вероятно, играет ключевую роль в объяснении аномально высокой электропроводности, наблюдаемой в мантии Земли.

Высокая электропроводность (ЭП) в мантийных клиньях на глубинах от 40 до 100 км часто связывают с водным флюидом, выделяющимся из погружающихся плит. Известно, что силикатные минералы мантии являются электроизоляторами с большой шириной запрещенной зоны около 7,5–9,5 электронвольт (эВ) при комнатной температуре.

Лабораторные измерения электропроводности водных фаз и водных флюидов значительно ниже и не могут легко объяснить геофизически наблюдаемую высокую проводимость. Высвобождающийся флюид также повторно гидратирует мантийный клин и стабилизирует ряд водных фаз, включая серпентин и хлорит.

Новое исследование, опубликованное 6 мая в журнале Science Advances, показывает, что ЭП хлорита схожа с другими водными силикатными минералами. Она слабо зависит или не зависит от давления, но значительно варьируется с температурой.

«Мы измерили электропроводность природного хлорита при давлениях и температурах, соответствующих условиям зоны субдукции, — сказал геофизик LLNL Давиде Новелла. — В нашем эксперименте мы наблюдали два отчетливых усиления проводимости при нагревании хлорита до температур за пределами его термодинамически стабильного поля. Первоначальный рост можно отнести к дегидратации хлорита и высвобождению водных флюидов. За этим следует уникальное последующее усиление электропроводности».

Команда обнаружила, что дальнейшее увеличение ЭП связано с ростом взаимосвязанной сети высокопроводящих и химически нечистых минеральных фаз магнетита.

«Дегидратация хлорита и связанные с ней процессы, вероятно, имеют решающее значение для объяснения аномально высокой электропроводности, наблюдаемой в мантийных клиньях, — отметил Новелла. — Дегидратация хлорита в мантийном клине обеспечивает дополнительный источник водного флюида над плитой и также может быть причиной фиксированной глубины (120 ± 40 км) плавления в верхней части погружающейся плиты».