Vands cirkulation mellem oceanerne og Jordens indre gennem en undersøgelse af karbonatitter og kimberlitter fra Grønland
Mængden af vand på Jorden og fordelingen af vandet på Jordens overflade og i Jordens indre er fundamentale variabler inden for mange geologiske processer, fx er størrelsen af oceanernes volumen afgørende for hvor stor en del af Jordens kontinentskorpe, der befinder sig over havets overflade. Dette har stor betydning for Jordens klima, da de mørke oceaner absorberer Solens stråling bedre end de lyse dele af kontinentskorpen.
Mængden af vand i Jordens kappe, som er beliggende dybt i Jordens indre, har betydning for omfanget af smeltning, som forårsager dannelse af magma, og for de konvektionsstrømme, som forekommer i kappen og som er drivkraft i de pladetektoniske processer.
Forskere har forsøgt at beskrive og kvantificere transporten af vand mellem oceanerne og kappen på den moderne Jord. Deres vurderinger peger på, at der transporteres en større mængde vand fra oceanerne til kappen ved subduktion, end der frigives fra kappen til Jordens overflade i forbindelse med vulkanudbrud. Dette har medført spekulationer om hvorvidt Jordens oceaner var meget større i fortiden og om alt oceanernes vand i fremtiden vil komme til at indgå i Jordens kappe.
De undersøgelser der hidtil er foretaget, beskriver dog kun bevægelser af vand på den moderne Jord, og der er derfor behov for at skabe viden om omfanget af bevægelser af vand mellem oceanerne og Jordens kappe i fortiden.
Dette projekt har til formål at undersøge hvordan transport af vand mellem oceanerne og Jordens kappe har ændret sig gennem geologisk tid. Isotopsammensætningen i hydrogen i havvand er meget forskellig fra den isotopsammensætning, der findes i hydrogen i Jordens kappe, og dermed vil tilførsel af havvand til kappen ændre hydrogens isotopsammensætning i kappen.
Vi vil analysere isotopsammensætning og kemisk sammensætning i to sæt vulkanske bjergarter fra Grønland, der stammer fra Jordens kappe og har et usædvanligt højt vandindhold. Oxygens isotopsammensætning og den kemiske sammensætning i disse bjergarter, vil hjælpe os til at forstå i hvor høj grad hydrogens isotopsammensætning i bjergarternes vandholdige mineraler er påvirket af 1) kappens sammensætning 2) magmatiske processer som fraktioneret krystallisering og assimilering af skorpen.
Ved at undersøge hvordan hydrogens isotopsammensætning i Jordens kappe afspejles i disse bjergarters mineraler, kan vi bestemme om og i hvilket omfang vandindholdet i kappen er blevet ændret som følge af tilførsel af havvand i perioden mellem de to sæt bjergarters dannelse.
Water cycling between the oceans and deep Earth through an investigation of carbonatites and kimberlites in Greenland
How much water is on Earth, and how it is distributed among reservoirs on Earth’s surface and within its interior are fundamental variables in many geologic processes. For example, the volume of Earth’s oceans controls how much continental land is exposed sub-aerially.
This plays an important role in Earth’s climate because dark oceans absorb heat better than light continental crust. The amount of water in the mantle, deep within Earth’s interior, affects how much melting occurs to form magmas, and how the mantle convects, which is an important control on plate tectonic processes.
Researchers have tried to characterize and quantify the recycling of water between the oceans and the mantle on modern Earth. Their estimates of the flux of water from the ocean to the mantle during subduction and from the mantle to Earth’s surface during volcanism suggest that there may be more water entering the mantle than being released, causing speculation about whether Earth’s oceans were much larger in the past, and will be completely lost to the mantle in the future.
These studies, however, only describe the fluxes on modern Earth. We must also establish if the rates of water subduction or water degassing from the mantle were different in the past. This project will evaluate how the flux of water between the ocean and mantle has changed over geologic time.
The mantle and seawater have very different hydrogen isotope compositions. Thus, addition of seawater to the mantle will cause the hydrogen isotope composition of the mantle to change. We will analyze the isotope composition and chemistry of two suites of mantle-derived volcanic rocks from Greenland that are unusually rich in water.
The oxygen isotope composition and elemental chemistry of these rocks will help us understand to what extent the hydrogen isotope composition of water-bearing minerals in the rocks is controlled by 1) the mantle composition, and 2) magmatic processes such as fractionation or assimilation of crust.
By resolving how the hydrogen isotope composition of the mantle is reflected in the minerals of these volcanic rocks, we can determine if, and to what magnitude the mantle reservoir changed by the addition of seawater in the time between the formation of the rock suites.
