Исследователи определили количественный состав сверхвысокого давления флюида в глубоких зонах субдукции

В исследовании, опубликованном в Proceedings of the National Academy of Sciences, группа профессора Сяо Илиня из Научно-технологического университета Китая (USTC) Китайской академии наук (CAS) впервые количественно определила химический состав сверхкритических флюидов в глубоких зонах субдукции. С помощью 3D-моделирования ультравысокого давления (UHP) многофазных флюидных включений они раскрыли важную роль сверхкритических флюидов в цикличности углерода и серы в зонах субдукции, что имеет большое значение для углубленного и систематического понимания их роли в природе.

Сверхкритические флюиды, образующиеся в условиях высокой температуры и давления, характеризуются относительно низкой вязкостью, высокой активностью и исключительной подвижностью элементов. Эти свойства наделяют их ключевой ролью в инициировании сейсмичности и вулканизма, облегчают перенос элементов, круговорот вещества и рудообразование в зонах субдукции, а также влияют на эволюцию обитаемости Земли. Однако идентификация активности сверхкритического флюида по природным образцам оставалась сложной задачей.

Исследователи изучили UHP-метаморфическую жилу континентальной зоны сверхглубокой субдукции в горах Дабе и обнаружили большое количество многофазных флюидных включений, сосуществующих с характерным UHP-минералом кохнитом. Систематические петрографические, лазерно-рамановские исследования и элементный анализ показали, что эти включения в омфаците и гранате являются первичными и сохраняют неизменный химический состав более глубоких высоконапорных флюидов зоны субдукции.

3D-моделирование методом лазерной рамановской спектроскопии и количественные расчёты состава восстановили исходный состав флюида, сформировавшего жилу. Было показано, что флюиды содержат в основном SiO₂, CaO и воду, а также значительные количества летучих элементов, таких как углерод и сера. Кроме того, было обнаружено, что эти флюиды обладают сверхкритическими свойствами и составом.

Эти сверхкритические флюиды высокоэффективны в активации и транспортировке углерода и серы в плитах зоны субдукции и могут переносить их в мантийный клин и даже в глубокую мантию. Таким образом, они оказывают широкое и важное влияние на эффективность и поток углерод-серного цикла между поверхностью и недрами Земли, а также на эволюцию её обитаемости. Исследование показало, что роль UHP-флюидов в циклах углерода и серы долгое время недооценивалась.