La primera observación de una fase superhidratada del mineral de arcilla caolinita podría mejorar nuestra comprensión de los procesos que conducen al volcanismo y afectan a los terremotos. En mediciones de rayos X a alta presión y alta temperatura que se realizaron en parte en DESY, los científicoscreó condiciones similares a las de las llamadas zonas de subducción donde una placa oceánica se sumerge bajo la corteza continental. El transporte y la liberación de agua durante la subducción provoca una fuerte actividad volcánica. Un equipo internacional dirigido por científicos de la Universidad de Yonsei en la República de Corea, presentalos resultados en la revista científica Geociencia de la naturaleza .
En una zona de subducción, una placa oceánica pesada se encuentra con una segunda placa continental más ligera y se mueve debajo de ella y hacia el manto de la tierra. Con la placa oceánica, el agua ingresa a la tierra cuando queda atrapada en minerales de la corteza oceánica o sedimentos superpuestosEstos minerales se hunden lentamente en el manto durante millones de años. Con el aumento de la profundidad, la temperatura y la presión, los minerales se vuelven inestables, se descomponen y se transforman en nuevos compuestos.
Durante estas transformaciones, se libera agua y se eleva hacia el manto más cálido y circundante, donde disminuye la temperatura de fusión de la roca del manto. "Cuando las rocas del manto se derriten, se genera magma. Esto puede conducir a la actividad volcánica cuando el magma se eleva ala superficie ", explica Yongjae Lee de la Universidad de Yonsei que dirigió el estudio." Si bien sabemos que el ciclo del agua en las zonas de subducción influye en el volcanismo y posiblemente en la sismicidad, no sabemos mucho sobre los procesos que forman este ciclo ".
Dado que estos procesos tienen lugar a muchos kilómetros debajo de la superficie de la Tierra, es imposible observarlos directamente. Incluso el Kola Superdeep Borehole en Rusia, el pozo más profundo de la Tierra, no alcanza más de 12,262 metros. Una forma de aprender más sobre las transformacionesen mayores profundidades de zonas de subducción es crear condiciones similares en el laboratorio. Las mediciones de alta presión y alta temperatura permiten a los científicos observar de cerca los cambios estructurales en los diferentes minerales que forman la corteza y los sedimentos.
Uno de estos minerales es la caolinita, un mineral de arcilla que contiene aluminio que es una parte importante de los sedimentos oceánicos. Los científicos ahora pudieron observar la formación de una nueva fase del mineral, la llamada caolinita superhidratada.examinó una muestra de caolinita en presencia de agua a presiones y temperaturas correspondientes a las profundidades diferentes en zonas de subducción. Con difracción de rayos X y mediciones de espectros infrarrojos, se caracterizaron cambios estructurales y químicos.
A una presión de alrededor de 2.5 Giga-Pascal GPa, más de 25,000 veces la presión promedio al nivel del mar, y una temperatura de 200 grados Celsius, se observó la fase superhidratada. Estas condiciones están presentes a una profundidad deaproximadamente 75 kilómetros en zonas de subducción. En la nueva fase, las moléculas de agua están encerradas entre las capas del mineral. La caolinita superhidratada contiene más agua que cualquier otro mineral de aluminosilicato conocido en el manto. Cuando la presión y la temperatura vuelven a las condiciones ambientales., la estructura vuelve a su forma original.
En mediciones realizadas en Beamline P02.2 de condiciones extremas en la fuente de rayos X de DESY PETRA III, los científicos examinaron la descomposición de la nueva fase a presiones y temperaturas aún más altas ". Nuestra línea de haz proporciona un entorno para investigar muestras en condiciones extremaspresiones y temperaturas. Utilizando una llamada celda de yunque de diamante calentada con resistencia de grafito, pudimos observar los cambios a una presión de hasta 19 Giga-Pascal y una temperatura de hasta 800 grados ", dice el científico de DESY Hanns-PeterLiermann, de Extreme Beamline, coautor del estudio. La caolinita superhidratada se descompuso a 5 Gigapascal y 500 grados, dos transformaciones adicionales ocurrieron a presiones y temperaturas más altas. Durante estas transformaciones, el agua que se intercaló en else libera kaolinita.
La observación de la formación y descomposición de la caolinita superhidratada brinda información importante sobre los procesos que ocurren en un rango de profundidad de aproximadamente 75 kilómetros a 480 kilómetros en las zonas de subducción. La liberación de agua que ocurre cuando se superhidrataLa descomposición de la caolinita podría ser una parte importante del ciclo del agua que causa volcanismo a lo largo de las zonas de subducción. La descomposición probablemente ocurre por debajo de una profundidad de aproximadamente 200 kilómetros, el agua liberada podría contribuir a la formación de magma.
Además, la caolinita superhidratada podría influir en la sismicidad. Durante la formación de la nueva fase, el agua que rodea a la caolinita se elimina del medio ambiente. Esto podría cambiar la fricción entre las losas subductoras y suprayacentes. Los científicos suponen que otraslos minerales en el sedimento o la corteza podrían sufrir transformaciones similares. Por lo tanto, el estudio podría mejorar la comprensión de los procesos geoquímicos en las zonas de subducción de la tierra.
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Materiales proporcionado por DISEÑO Deutsches Elektronen-Synchrotron . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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