Genom att undersöka kylningshastigheten för stenar som bildades mer än 10 miles under jordens yta, forskare under ledning av University of Texas vid Austin Jackson School of Geosciences har funnit att vatten troligen tränger djupt in i skorpan och övre manteln i mitten av oceanens spridningszoner, platserna där ny skorpa görs. Fyndet lägger till bevis på ena sidan av en långvarig debatt om hur magma från jordens mantel svalnar för att bilda de nedre lagren av jordskorpan.

Forskningen leddes av Nick Dygert, en postdoktor vid Jackson Schools institution för geologiska vetenskaper, och publicerades i maj i den tryckta upplagan av Earth and Planetary Science Letters i maj. Samarbetspartners inkluderar Peter Kelemen från Colombia University och Yan Liang från Brown University.

Jordens mantel är ett halvfast skikt som skiljer planetens skorpa från kärnan. Dygert sa att även om det är välkänt att magma som växer upp från manteln i mitten av havets spridningszoner skapar ny skorpa, det finns många frågor om hur processen fungerar.

"Det finns en debatt i det vetenskapliga samfundet hur oceanisk skorpa bildas, "Och de olika modellerna har väldigt olika krav på kylning, sa Dygert."

För att lära dig mer om förhållanden under vilka magma förvandlas till jordskorpan, Dygert och hans medarbetare undersökte stenprover som var en del av jordens mantel för hundra miljoner år sedan, men är nu en del av en kanjon i Oman.

"Man kan effektivt gå ner 20 kilometer i jordens inre, ", sa Kelemen. "Detta gör det möjligt för forskare att komma åt stenar som bildats långt under havsbotten som inte är tillgängliga för studier."

Teamet använde "geotermometrar" - namnet på en teknik som använder mineralsammansättningar inuti stenprover för att beräkna temperaturer och avslöja bergets kylningshistoria. Geotermometrar hjälper forskare att bestämma temperaturerna som upplevs av magma och stenar när de svalnar, och härleda hur snabbt nedkylningen skedde. Studien inkluderade användning av en ny geotermometer utvecklad av Liang, som registrerar den maximala temperaturen en sten uppnådde innan den svalnade.

"Traditionella geotermometrar ger dig vanligtvis en kylningstemperatur snarare än en formationstemperatur för berget, "Denna termometer är ett snyggt nytt verktyg eftersom den tillåter oss att titta på en del av kylningshistorien som tidigare var otillgänglig för magmatiska bergarter."

Temperaturerna som registrerats i klipporna visar att den nedre skorpan och den översta manteln svalnade och stelnade nästan omedelbart, Dygert sa - som en "het stekpanna som puttades i ett handfat med vatten" - medan den djupare manteln svalnade mer gradvis. Temperaturförändringen tyder på att vatten cirkulerar genom skorpan och den översta manteln under mitten av oceanens spridningscentra, och värmen från djupare delar av manteln försvinner genom kontakt med de kallare övre stenarna.

För närvarande, det finns två primära teorier för skorpbildning. I hypotesen för den täckta tröskeln, cirkulerande havsvatten kyler många små magmaavlagringar på olika djup i den nedre skorpan, som samtidigt skulle kyla den övre manteln. I Gabbro Glacier-hypotesen, Magma förlorar gradvis värme när den strömmar bort från en central magmakammare.

Dygert sa att temperaturer som registrerats av geotermometrarna matchade med Sheeted Sill-kylningsprocessen.

"Sheeted Sill-modellen kräver en mycket effektiv mekanism för kylning eftersom kristallisering sker på alla olika djup i skorpan samtidigt, "Och vad vi kunde hitta antyder starkt att hydrotermisk cirkulation var mycket effektiv i hela jordskorpsektionen."

Att avslöja hur skorpan bildas är kärnan i att förstå vår planets geologiska historia, Dygert sa, men resultaten kan också få konsekvenser för vår planets framtid. Vissa forskare har föreslagit att blanda koldioxid (CO2) med vatten och injicera det i mantelberget som ett sätt att bekämpa klimatförändringarna. CO2 reagerar med mineraler i manteln, som säkert låser upp kolet i deras kristallstrukturer. Dock, Dygert konstaterar att mantelbergarter som redan har exponerats för havsvatten kanske inte reagerar lika lätt med CO2, vilket skulle sakta ner kolavskiljningsprocessen. Dygert sa att de nya resultaten tyder på att cirkulationen av vatten under åsar i mitten av havet i praktiken är begränsad till jordskorpan, och att enorma delar av manteln kan vara tillgängliga under oceanskorpan för att effektivt fånga upp CO2.