Uwięzione krople magmy stanowią wskazówki dotyczące formowania częściowo stopionej skorupy ziemskiej
Skorupa stanowi zewnętrzną warstwę Ziemi, odpowiadającą za niecały 1 % objętości naszej planety. Złożona z różnorodnych skał magmowych, metamorficznych i osadowych tworzy płyty tektoniczne. Migmatyty to częściowo stopione skały metamorficzne, z których wywodzą się skały granitowe (magmowe). Częściowe stopienie zachodzi, gdy topi się tylko fragment skały. Proces ten zachodzi przy podgrzewaniu skały do temperatury przekraczającej 700 ° C w głębi skorupy ziemskiej. Częściowe stopienie, tak ważne ze względu na swoją kluczową rolę w procesie ewolucji, jest odpowiedzialne za zróżnicowanie składu skorupy ziemskiej. Ze względu na fakt, że nie dysponujemy dokładnymi informacjami na temat składu naturalnych stopów w skorupie, nie jesteśmy w stanie lepiej poznać tych procesów.
Unikalne podejście łączące obserwacje i doświadczenia
Naukowcy pracujący w ramach finansowanego przez UE projektu NANOGRANITES opracowali wcześniej nowatorskie podejście do badania częściowo stopionych skał (migmatytów), pozwalające na ustalenie składu naturalnych stopów skorupy ziemskiej. „Badania nad nanogranitami stanowią odejście od klasycznego podejścia do tematu topnienia skorupy ziemskiej, a jednocześnie stanowią nowe źródło informacji, dzięki którym jesteśmy w stanie ulepszać stosowane od ponad 50 lat podejście do badań doświadczalnych i teoretycznych. Możemy teraz określić (a nie wnioskować czy modelować) – dokładnie, in situ – skład magmy wytworzonej w konkretnej skale w określonych warunkach geologicznych”, zauważa koordynator projektu Bernardo Cesare. Nanogranity otrzymały swoją nazwę ze względu na niewielki rozmiar ziaren – po krystalizacji w kruszywie minerałów ich rozmiary nie wykraczają poza skalę submikronową. Prowadzone od pewnego czasu obserwacje wykazywały obecność w tych stopionych inkluzjach innych materiałów niż granit, dlatego od 2015 roku nie mówi się już o nanogranitach, a o nanogranitoidach. „Nanogranity uwięzione w skale macierzystej są często jedynym tropem pozwalającym wnioskować, że skała ta uległa częściowemu stopieniu. Co istotne, ich badanie jest jedynym sposobem określenia procesów powstawania magmy w skorupie i analizowania składu naturalnych stopów skorupy”, zauważa Cesare.
Badanie lotnej zawartości nanogranitów
Głównym wyzwaniem, przed jakim stanęli uczestnicy projektu, było uzyskanie większej ilości informacji na temat liczby pierwiastków lotnych zawartych w nanogranitach. Zawartość pierwiastków lotnych może znacznie wpłynąć na zakres temperatur, w których powstaje magma, jej ilość, a także na lepkość i wybuchowość. W laboratorium udało się odtworzyć warunki panujące głęboko w skorupie ziemskiej w zakresie ciśnienia i temperatury i ponownie stopić nanogranity do postaci małych kropli. Przeprowadzone analizy pozwoliły na ustalenie składu chemicznego badanych skał pod względem stężeń pierwiastków głównych, śladowych i lotnych. To nowatorskie podejście polegające na ponownym topieniu skał, opracowane na Uniwersytecie w Padwie, stosowano jak dotąd tylko w trzech laboratoriach na świecie. Zespół przeprowadził 60 doświadczeń polegających na ponownym stopieniu nanogranitów. Częściowe stopienie skał osiągnięto dzięki wykorzystaniu urządzenia z tłokiem i cylindrem, w którym udało się wytworzyć wysokie ciśnienia i temperatury. Badane próbki pochodziły z obszarów dobrze scharakteryzowanych geologicznie. Jedna z próbek została pobrana ze skał diamentonośnych powstałych w warunkach bardzo wysokiego ciśnienia, występujących zwykle w strefach subdukcji położonych głęboko w skorupie ziemskiej. Na podstawie analizy wytworzonych doświadczalnie stopów skorupy badacze uzupełnili bazę danych geochemicznych dotyczących naturalnych stopów, z której korzystają geologowie z całego świata. Rezultaty projektu były promowane w ramach prowadzonych seminariów, konferencji oraz dwóch publikacji w międzynarodowych recenzowanych czasopismachnaukowych. „Nanogranity dają szansę poznania procesów zachodzących w skorupie ziemskiej dzięki wykorzystaniu metod doświadczalnych, takich jak metoda ponownego topienia skał opracowana na potrzeby naszego projektu”, podsumowuje Cesare.
Słowa kluczowe
NANOGRANITES, magma, stop skorupy ziemskiej, częściowe stopienie, migmatyty, nanogranitoidy