Wie sich die Mantelhydratation über die Lebensdauer einer Subduktionszone verändert

Aufgrund der Wechselwirkungen mit dem heißen Erdmantel geben wassergesättigte ozeanische Platten Wasser ab, wenn sie in Subduktionszonen unter weniger dichte darüberliegende Platten gleiten. Dieses Wasser steigt auf und hydratisiert den darüber liegenden Erdmantel, was zur Bildung von Vulkanen an der Oberfläche beiträgt und die maximale Tiefe zerstörerischer Erdbeben begrenzt.

Allerdings schwankt die Erwärmung, die das Wasser aus der absinkenden Platte treibt, im Laufe der Lebensdauer der Subduktionszone, und die freigesetzte Wassermenge ändert sich im Zuge dieser Schwankungen.

In einem Artikel veröffentlicht In AGU FortschritteGS Epstein und Kollegen untersuchten, wie sich diese unterschiedliche Wasserfreisetzungsrate auf die Mantelhydratation auswirkt. Konkret simulierten sie die Subduktion einer 90 Millionen Jahre alten Platte unter eine 10 Millionen Jahre alte Platte und modellierten das im Mantelkeil des Vorbogens gespeicherte Wasser – dem keilförmigen Abschnitt des Mantels, der unter der darüber liegenden Platte, aber über der abtauchenden Platte liegt.

Um auf die Hydratisierung des Mantelkeils zu schließen, beobachteten die Forscher Änderungen der geophysikalischen Eigenschaften (z. B. Schwerkraftanomalien und seismische Geschwindigkeiten), die auf die Entstehung von Mineralien der Serpentingruppe hinweisen, den volumenmäßig am häufigsten vorkommenden wasserhaltigen Mineralien im Mantelkeil.

Sie fanden heraus, dass die Hydratationsgrade des Mantels in ihrem Modell eng mit der thermischen Entwicklung der Subduktionszone verknüpft waren. In den frühen Phasen der Subduktion dehydrierte die absteigende Platte, aber die Temperaturen im Mantelkeil waren zu hoch, um wasserhaltige Mineralien zu stabilisieren; von der Platte freigesetzte Flüssigkeiten flossen höchstwahrscheinlich vertikal durch den Keil, wo sie zum Schmelzen und zur Bildung von Vulkangestein beitrugen. Während der fortgeschrittenen Subduktion sank die Platte über die Tiefen des Vorbogenkeils hinaus ab, und das freigesetzte Wasser hydratisierte den Mantel nicht mehr.

Damit blieb die mittlere Phase der Subduktion, als die Platte schnell durch den oberen Mantel sank, der optimale Zeitpunkt für die Hydratation des Mantels. In dieser Phase war die Oberseite der Platte noch heiß, während der Vorderbogen-Keil abkühlte, wodurch Wasser in den Vorderbogen-Keil aufstieg.

Die Ergebnisse stimmen mit aktuellen seismischen Beobachtungen überein und bieten neue Einblicke in die Bewegung von Wasser durch Subduktionszonen und wie dieses Wasser am Kreislauf zwischen Untergrund, Ozean und Atmosphäre beteiligt ist, meinen die Autoren. Bemerkenswerterweise haben die Simulationen auch gezeigt, dass die Erdmantelkeile im Vorbogenbereich insgesamt etwa zehnmal mehr Wasser enthalten als bisher angenommen, was etwa 0,4 % der Menge in den Ozeanen der Erde entspricht.

Diese Geschichte wurde mit freundlicher Genehmigung von Eos, gehostet von der American Geophysical Union, erneut veröffentlicht. Lesen Sie die Originalgeschichte Hier.