Исследование, проведенное Ником Дигертом, докторантом факультета геологических наук школы Джексона, было опубликовано в мае в печатном выпуске журнала Earth and Planetary Science Letters. В число соавторов входят Питер Келемен из Колумбийского университета и Ян Лян из Брауновского университета.
Мантия Земли представляет собой полутвердый слой, отделяющий кору планеты от ядра. Дигерт сказал, что, хотя хорошо известно, что магма, поднимающаяся вверх из мантии в зонах спрединга в средней части океана, создает новую кору, есть много вопросов о том, как работает этот процесс.«В научном сообществе ведутся споры о том, как формируется океаническая кора», — сказал Дигерт. «И у разных моделей очень разные требования к режимам охлаждения».
Чтобы узнать больше об условиях, при которых магма превращается в породу земной коры, Дигерт и его сотрудники исследовали образцы горных пород, которые были частью мантии Земли сто миллионов лет назад, но теперь являются частью каньона в Омане.«Можно эффективно пройти 20 километров в недрах Земли», — сказал Келемен. «Это позволяет ученым получить доступ к скалам, которые сформировались далеко под морским дном и недоступны для изучения».Команда использовала «геотермометры» — название метода, который использует минеральные составы внутри образцов горных пород для расчета температуры и выявления истории остывания породы. Геотермометры помогают ученым определять температуру, которую испытывают магмы и горные породы при их остывании, и делать выводы о том, как быстро произошло охлаждение.
Исследование включало использование нового геотермометра, разработанного Ляном, который регистрирует максимальную температуру горной породы до того, как она остыла.«Традиционные геотермометры обычно дают температуру охлаждения, а не температуру образования породы», — сказал Дигерт. «Этот термометр — изящный новый инструмент, потому что он позволяет нам взглянуть на часть истории охлаждения, которая ранее была недоступна для магматических пород».Температуры, зарегистрированные в породах, показывают, что нижняя кора и самая верхняя мантия охлаждались и затвердевали почти мгновенно, сказал Дайгерт — как «горячую сковороду, которую шлепают в раковину с водой», в то время как более глубокая мантия остывает более постепенно. Изменение температуры указывает на то, что вода циркулирует через кору и верхнюю часть мантии под центрами спрединга в центре океана, а тепло из более глубоких частей мантии рассеивается через контакт с более холодными верхними породами.
В настоящее время существует две основные теории образования корки. Согласно гипотезе Sheeted Sill, циркулирующая морская вода охлаждает множество небольших отложений магмы на разных глубинах в нижней коре, что одновременно охлаждает верхнюю мантию. Согласно гипотезе ледника Габбро, магма постепенно теряет тепло по мере того, как она течет из центрального магматического очага.
Дигерт сказал, что температуры, зарегистрированные геотермометрами, совпадают с процессом охлаждения Sheeted Sill.«Модель подоконника с листовым покрытием требует очень эффективного механизма охлаждения, потому что кристаллизация происходит одновременно на всех разных глубинах земной коры», — сказал Дайгерт. «И то, что мы смогли найти, убедительно свидетельствует о том, что гидротермальная циркуляция была очень эффективной по всему разрезу земной коры».
Открытие того, как формируется кора, лежит в основе понимания геологической истории нашей планеты, сказал Дигерт, но результаты также могут иметь значение для будущего нашей планеты. Некоторые ученые предложили смешивать углекислый газ (CO2) с водой и вводить его в породу мантии как средство борьбы с изменением климата. CO2 вступает в реакцию с минералами в мантии, что надежно удерживает углерод в своих кристаллических структурах. Однако Дигерт отмечает, что мантийные породы, которые уже подвергались воздействию морской воды, могут не так легко реагировать с CO2, что замедлит процесс улавливания углерода.
Дигерт сказал, что новые результаты предполагают, что циркуляция воды под срединно-океаническими хребтами эффективно ограничена разделом земной коры, и что огромные участки мантии могут быть доступны под океанической корой для эффективного улавливания CO2.Исследование было поддержано Школой наук о Земле Джексона, Национальным научным фондом, Фондом Альфреда П. Слоана и грантом Международной континентальной программы бурения.