När en tektonisk platta dyker under en annan i en subduktionszon, den återvinner enorma mängder vatten och andra kemikalier till jordens mantel. Den sjunkande plattan bär havsvatten som är fångat i sediment och skorpa eller kemiskt bundet i mineraler som serpentin. Senare utsläpp av detta vatten i manteln bidrar till viktiga geologiska processer, såsom jordbävningar och bildandet av vulkanmatande magma.

I volym, den största delen av en subduktionsplatta är dess bottenskikt, som innefattar övre mantelmaterial. Uppskattningar av mängden vatten i nedåtgående plattor av övre manteln varierar kraftigt:Vissa tyder på att världen över, subduktionszoner har svalt vatten till ett värde av mer än två oceaner under de senaste 540 miljoner åren. Dock, ny forskning av Miller et al. tyder på att vattentransporten vid subduktionszonen i Middle America Trench är en storleksordning mindre än tidigare uppskattat.

När en platta närmar sig en subduktionszon, den böjer sig nedåt, orsakar att fel bildas. Modeller och tidigare observationer har föreslagit att denna böjning och förkastning tillåter havsvatten att tränga in i den övre manteln, där den fyller sprickor i förkastningszoner, reagerar med olivin för att producera serpentin, och förs senare djupare in i subduktionszonen.

Tidigare uppskattningar av hur mycket vatten som når den övre manteln längs böjningsförkastningar har förlitat sig på mätningar av hastigheten för seismiska vågor när de passerar genom en subduktionsplatta. Dock, dessa mätningar och uppskattningar kunde inte avgöra om det övre mantelskiktet är likformigt hydratiserat eller om vattnet är begränsat till böjningsförkastningszoner.

För att komma till rätta med den begränsningen, den nya studien redogjorde för seismisk anisotropi som karakteriserar hur hastigheten på seismiska vågor beror på riktningen de färdas genom ett material. Forskarna använde data som samlats in av havsbottenseismometrar för att mäta seismisk anisotropi längs Middle America Trench nära Nicaragua, vilket möjliggjorde en mycket mer detaljerad bild av hydrering av övre manteln.

Uppgifterna visade att i den studerade regionen, vattenlagring i den övre manteln är begränsad till serpentiniserade förkastningszoner som förtunnas snabbt med djupet, vilket tyder på att förkastningsdynamik och serpentiniseringsreaktionskinetik förhindrar havsvatten från att hydratisera manteln mellan böjningsförkastningar. Nya uppskattningar av vattentransporter som inkluderar detta fynd är en storleksordning lägre än tidigare uppskattningar för Mellanamerika-graven. Eftersom samma processer sker i andra subduktionszoner, forskarna rapporterar att mycket mindre vatten kan transporteras över hela världen än vad som tidigare uppskattats.

Den här historien är återpublicerad med tillstånd av Eos, värd av American Geophysical Union. Läs originalberättelsen här.