Связанность многокомпонентных флюидов в зонах субдукции

Исследователи из Университета Тохоку и Университета Байройта получили новые данные о связанности флюидов на уровне минеральных зерен в недрах Земли. Это проливает свет на циркуляцию флюидов и аномалии сейсмических скоростей в зонах субдукции, где океаническая литосфера погружается под континентальную.

Флюиды, высвобождаемые в зонах субдукции, критически важны для генерации магмы, глобального обмена веществом и сейсмичности. Ключом к пониманию их миграции является краевой угол (θ) между оливином (основным минералом верхней мантии) и флюидом. Хотя H₂O — основной компонент, даже малые количества CO₂ и NaCl кардинально меняют смачивающие свойства. CO₂ обычно увеличивает угол θ, а NaCl — эффективно уменьшает его даже при низких концентрациях, что создавало сложности для моделирования.

Команда экспериментально определила θ в системах оливин + H₂O-CO₂ и оливин + H₂O-CO₂-NaCl при 1–4 ГПа и 800–1100 °C. Результаты показали, что CO₂ снижает θ ниже 60° (порога образования связанной сети) в условиях высокого давления и низкой температуры, когда оливин реагирует с CO₂ с образованием магнезита и ортопироксена. В многокомпонентной системе влияние NaCl на снижение θ оказалось значительно сильнее, чем у CO₂.

«Наше исследование показало, что многокомпонентный водный флюид, содержащий CO₂, может инфильтроваться в вышележащую плиту через взаимосвязанную сеть при давлениях выше 2 ГПа, — пояснил профессор Митихико Накамура. — Это облегчает значительную циркуляцию флюида в фор-арке и подтверждает происхождение аномалий высокой электропроводности, обнаруженных в мантийном клине фор-арка». Контрастное влияние флюида и силикатного расплава на скорость сейсмических волн позволит картировать частичное плавление в мантийном клине.