Los procesos que causan el vulcanismo: estudios con caolinita superhidratada

Las mediciones de rayos X de alta presión proporcionan nuevos conocimientos sobre los procesos que causan el vulcanismo. Artículo completo

Huijeong Hwang, Donghoon Seoung, Yongjae Lee, Zhenxian Liu, Hanns-Peter Liermann, Hyunchae Cynn, Thomas Vogt, Chi-Chang Kao, Ho-Kwang Mao. A role for subducted super-hydrated kaolinite in Earth’s deep water cycleNature Geoscience, 2017; DOI: 10.1038/s41561-017-0008-1

La primera observación de una fase super-hidratada de la arcilla caolinita mineral podría mejorar nuestra comprensión de los procesos que conducen al vulcanismo y afectan a los terremotos.

En el laboratorio, en las mediciones de rayos X a alta presión y alta temperatura que se realizaron en parte en DESY, los científicos crearon condiciones similares a 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 causa una fuerte actividad volcánica. Un equipo internacional dirigido por científicos de la Universidad de Yonsei en la República de Corea presenta los resultados en la revista científica Nature Geoscience.

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 dentro del manto de la tierra. Con la placa oceánica, el agua ingresa a la tierra ya que está atrapada en minerales de la corteza oceánica o superposición de sedimentos. Estos 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, el agua se libera y se eleva hacia el manto circundante, más caliente, donde disminuye la temperatura de fusión de la roca del manto. “Cuando las rocas del manto se derriten, se genera el magma. Esto puede llevar a la actividad volcánica cuando el magma asciende a la superficie”, explica Yongjae Lee, de la Universidad de Yonsei, quien dirigió el estudio. “Si bien sabemos que el ciclo del agua en las zonas de subducción influye en el vulcanismo y posiblemente en la sismicidad, no sabemos mucho sobre los procesos que forman este ciclo”.

Como estos procesos tienen lugar muchos kilómetros debajo de la superficie de la Tierra, es imposible observarlos directamente. Incluso 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 transformaciones en las profundidades de las 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 súper hidratada. Examinaron una muestra de caolinita en presencia de agua a presiones y temperaturas correspondientes a aquellas a diferentes profundidades en zonas de subducción. Con la difracción de rayos X y las mediciones de los espectros infrarrojos, se caracterizaron los 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 súper hidratada. Estas condiciones están presentes a una profundidad de aproximadamente 75 kilómetros en zonas de subducción. En la nueva fase, las moléculas de agua están encerradas entre las capas del mineral. La caolinita súper hidratada 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.

Fuente: www.sciencedaily.com

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