Глинистый минерал «поит» мантию Земли изнутри

Впервые наблюдаемая супергидратированная фаза глинистого минерала каолинита может улучшить наше понимание процессов, ведущих к вулканизму и влияющих на сейсмичность. В рентгеновских измерениях при высоком давлении и температуре, частично проведенных в DESY, ученые воссоздали условия, аналогичные условиям в так называемых зонах субдукции, где океаническая плита погружается под континентальную кору. Транспорт и высвобождение воды во время субдукции вызывает сильную вулканическую активность. Международная команда под руководством ученых из Университета Ёнсе в Республике Корея представляет результаты в научном журнале Nature Geoscience.

Поскольку эти процессы происходят на глубине многих километров, их невозможно наблюдать напрямую. Один из способов узнать больше — воссоздать аналогичные условия в лаборатории. Ученые исследовали образец каолинита в присутствии воды при давлениях и температурах, соответствующих различным глубинам в зонах субдукции. При давлении около 2,5 гигапаскалей (ГПа), что более чем в 25 000 раз превышает среднее давление на уровне моря, и температуре 200 °C была обнаружена новая, супергидратированная фаза каолинита. В ней молекулы воды заключены между слоями минерала, что делает его самым богатым водой алюмосиликатным минералом в мантии из известных.

На пучковой линии Extreme Conditions Beamline P02.2 в источнике рентгеновского излучения PETRA III (DESY) ученые исследовали разрушение этой фазы при еще более высоких давлениях до 19 ГПа и температурах до 800 °C. Супергидратированный каолинит разрушался при 5 ГПа и 500 °C, высвобождая интеркалированную воду.

Это наблюдение дает важную информацию о процессах в интервале глубин от ~75 до 480 км в зонах субдукции. Высвобождение воды при разрушении супергидратированного каолинита может быть ключевой частью водного цикла, вызывающего вулканизм вдоль этих зон. Кроме того, формирование новой фазы, удаляющее воду из окружающей среды, может влиять на трение между плитами и, следовательно, на сейсмичность. Ученые полагают, что подобные превращения могут происходить и с другими минералами, что улучшает понимание геохимических процессов в зонах субдукции.