Carbonatite melt pathways connect the deep mantle to Archean craton margins
Deze studie maakt gebruik van langperiode-magnetotellurische gegevens om elektrisch geleidende, anisotrope structuren onder de Gawler Craton te identificeren als bewijs van diepe mantelcarbonatietsmelten die vluchtige stoffen en zeldzame aardelementen naar de marges van de craton transporteren, waar geëxsolveerd grafiet lage resistiviteitssignaturen creëert bij de Moho.
Oorspronkelijk artikel gelicentieerd onder CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Dit is een AI-gegenereerde uitleg van het onderstaande artikel. Het is niet geschreven of goedgekeurd door de auteurs. Raadpleeg het oorspronkelijke artikel voor technische nauwkeurigheid. Lees de volledige disclaimer
Diep onder het aardoppervlak beweegt een verborgen cyclus koolstof van het binnenste van de planeet terug naar het oppervlak, een proces dat al miljarden jaren actief is. Deze cyclus is cruciaal omdat het de chemie van onze atmosfeer en oceanen reguleert, maar het mechanisme waarmee koolstof van de diepe mantel omhoog naar de korst reist, is ongrijpbaar gebleven. Wetenschappers weten dat koolstofrijke gesteenten diep de aarde in worden getrokken bij subductiezones, waar een tektonische plaat onder een andere plaat schuift. Een deel van deze koolstof wordt vroeg in het proces vrijgegeven, maar een aanzienlijk deel wordt vermoed veel dieper te reizen, gedragen door een speciaal type gesmolten gesteente genaamd carbonatiet. Deze smelten zijn uniek omdat ze rijk zijn aan koolstof en zeldzame elementen en gassen kunnen oplossen en transporteren. Het is echter ongelooflijk moeilijk om deze kleine zakjes smelt diep onder de grond te zien. Ze zijn te klein om direct te zien, en de signalen die ze naar het oppervlak sturen, kunnen gemakkelijk worden verward met andere materialen, zoals waterrijke mineralen.
Een team onderzoekers van de Universiteit van Adelaide heeft nu een krachtige methode genaamd magnetotelluriek gebruikt om in deze verborgen wereld onder de Gawler Craton in zuidelijk Australië te kijken. Dit oude blok gesteente, bekend als een craton, vormt de stabiele kern van het continent. De wetenschappers hebben een netwerk van sensoren verspreid over het landschap om natuurlijke elektrische stromen te meten die door de aarde vloeien. Door te analyseren hoe deze stromen in de loop van de tijd veranderen, waren zij in staat om een gedetailleerde driedimensionale kaart van de elektrische geleidbaarheid diep onder de grond op te stellen. Hun doel was om het signatuur van die ongrijpbare carbonatiet-smelten te vinden en te begrijpen hoe ze zich door de aardkorst en de mantel bewegen.
De onderzoekers ontdekten een opvallende anomalie diep onder het centrum van de Gawler Craton. Op een diepte van ongeveer 180 kilometer, precies op de grens waar de stijve buitenste schil van de aarde de stromende mantel eronder ontmoet, vonden zij een laag gesteente die uitzonderlijk geleidend is. Deze laag is ongeveer 1.000 keer geleidender dan het gesteente direct erboven. Het team ontdekte dat deze geleidende laag niet uniform is; het is sterk directioneel, waarbij het elektriciteit veel gemakkelijker in één specifieke richting geleidt dan in andere richtingen. Deze directionele eigenschap, ook wel anisotropie genoemd, suggereert dat het geleidende materiaal niet zomaar een willekeurige klomp vloeistof is, maar georganiseerd is in dunne, uitgelijnde kanalen.
De auteurs stellen dat de meest waarschijnlijke verklaring voor deze geleidende, directionele laag een minuscule hoeveelheid carbonatiet-smelt is. Ze schatten dat een volume aan smelt zo klein als 0,05 procent — ongeveer de grootte van een paar druppels water in een grote emmer — voldoende is om het elektrische signaal dat zij observeerden te creëren. Deze kleine fractie smelt is genoeg om de elektrische weerstand van het gesteente drastisch te verlagen, omdat de smelt een verbonden netwerk vormt langs de grenzen van de minerale korrels. De onderzoekers sloten expliciet de mogelijkheid uit dat waterrijke mineralen alleen verantwoordelijk zouden kunnen zijn. Hoewel water gesteente geleidender kan maken, is het niveau van geleidbaarheid dat zij maten veel te hoog om door water alleen verklaard te worden, zelfs als het gesteente ermee verzadigd zou zijn. Ze overwoog ook de mogelijkheid van fluoriderijke mineralen, maar het bewijs wijst sterker naar de aanwezigheid van koolstofrijke smelt.
De studie onthulde ook een tweede, gerelateerd fenomeen nabij de randen van de oude craton. Op de grens tussen de korst en de mantel, op ongeveer 40 kilometer diepte, vonden de onderzoekers nog een zone van lage elektrische weerstand. In tegen tegenstelling tot de diepe mantelgeleider, is deze zone minder directioneel. Het team interpreteert dit als een plek waar koolstof, nadat het door de diepe smelten omhoog is gebracht, is vrijgekomen en getransformeerd is in grafiet. Terwijl de koolstofrijke vloeistoffen omhoog bewogen en afkoelden, sloeg de koolstof neer uit de oplossing en vormde het vast grafiet, wat een uitstekende geleider van elektriciteit is. Dit proces creëerde een persistente, geleidende laag in de onderste korst die al miljarden jaren stabiel is gebleven.
Deze ontdekking suggereert een continue link tussen de diepe mantel en het oppervlak van de aarde. De onderzoekers stellen voor dat oude tektonische gebeurtenissen, specifelijk de subductie van oceanische platen rond 1,6 miljard jaar geleden, koolstofrijk materiaal diep in de mantel hebben geduwd. Dit materiaal genereerde kleine hoeveelheden carbonatiet-smelt die gevangen raakte in kanalen aan de basis van de craton. In de loop van de tijd migreerde een deel van deze smelt naar de randen van de craton, waar het omhoog bewoog naar de korst, waarbij het grafietafzettingen achterliet. Dit pad verklaart niet alleen de elektrische signalen, maar biedt ook een mechanisme voor hoe koolstof en andere waardevolle elementen, zoals die te vinden zijn in belangrijke mineraalafzettingen zoals Olympic Dam, werden getransporteerd en geconcentreerd in de aardkorst. De bevindingen bieden een zeldzaam inkijkje in een diepe aardse processen die de chemie en de minerale rijkdom van de planeet hebben gevormd sinds het begin van het complexe leven.
Verdrinkt u in papers in uw vakgebied?
Ontvang dagelijkse digests van de nieuwste papers die bij uw onderzoekswoorden passen — met technische samenvattingen, in uw taal.