a) Bathymetrische Karte des äquatorialen Mittelatlantischen Rückens (MAR), die die entdeckten tiefen Mikroerdbeben und die Lage der Gesteinsproben nahe der Romanche-MAR-Transformationszone zeigt. Die durchgezogenen und gestrichelten roten Linien markieren die Achsen des MAR und die nicht-transformierenden Diskontinuitäten (NTD), mit den Namen der definierten Segmente an der Seite.
b) CO2-Gehalt in Abhängigkeit von der Bariumzusammensetzung (Ba). Die gestrichelten blauen Linien und Zahlen zeigen die geschätzten CO2-Gehalte im primären Magma im MAR-Segment RC2.
c) Darstellung von drei Segmenten südlich der Romanche-Transformationszone. Die braunen und grauen Bereiche repräsentieren jeweils die spröde und duktile Lithosphäre. Die dicke schwarze Linie stellt die spröd-duktile Übergangsgrenze (BDB) dar, die durch die maximale Tiefe der Erdbeben begrenzt wird und dem 750 °C-Isotherm entspricht. Die tiefen Erdbeben (10-19 km unter dem Meeresboden) unter der MAR-Achse werden als Folge der CO2-Entgasung aus aufsteigendem Magma im heißen, duktilen Mantel interpretiert. Die farbigen gestrichelten Linien zeigen die aus einem simulierten thermischen Modell extrahierten Isothermen.
Flüchtige Substanzen wie Kohlendioxid (CO2) und Wasser (H2O) spielen eine Schlüsselrolle bei der Schmelze des Erdmantels unter ozeanischen Rücken, wo tektonische Platten auseinanderdriften und neue ozeanische Kruste bilden. Ihr Einfluss auf das sich bewegende Magma war jedoch bisher ein Rätsel. Eine aktuelle Studie des Teams von Satish Singh am Institut de Physique du Globe de Paris (IPGP) bringt neues Licht in dieses Phänomen.
Dank Ozeanbodenseismometern (OBS), die während der SMARTIES-Kampagne im Jahr 2019 installiert wurden, haben die Forscher überraschende Mikroerdbeben in großer Tiefe unter der Achse des äquatorialen Mittelatlantischen Rückens (MAR), einer Region mit langsamer Öffnung, aufgezeichnet. Diese Beben, die in 10 bis 20 km Tiefe unter dem Meeresboden auftreten, ereignen sich im heißen Mantel, weit unterhalb der Grenze zwischen der starren Lithosphäre und dem duktilen Mantel, bekannt als BDB (spröd-duktile Grenze).
Die Analyse der in der Nähe entnommenen basaltischen Gesteine zeigte außergewöhnlich hohe CO2-Konzentrationen im primären Magma (etwa 0,4 bis 3,0 Gewichtsprozent). Die Forscher vermuten, dass die Entgasung dieses CO2, durch die Verursachung schneller Volumenänderungen im Magma, diese tiefen Erdbeben auslösen könnte. Mit anderen Worten: Das Magma könnte in diesen Tiefen stagnieren, wo es sich weiterentwickelt, bevor es aufsteigt, um die ozeanische Kruste zu bilden.
Ozeanbodenseismometer, die während der SMARTIES-Kampagne verwendet wurden
Diese Entdeckungen sind von entscheidender Bedeutung: Sie zeigen, dass flüchtige Substanzen nicht nur die Bildung der ozeanischen Kruste, sondern auch die Mechanismen tiefer Erdbeben beeinflussen können. Ein hoher CO2-Gehalt könnte sogar die Anwesenheit von Magma bei niedrigeren Temperaturen als erwartet unter der Grenze zwischen Lithosphäre und Asthenosphäre ermöglichen, was die Heterogenitäten innerhalb der Lithosphäre erhöht.
Diese Studie eröffnet neue Perspektiven auf die innere Dynamik der Erde und die bisher unbekannte Rolle der Entgasung in seismischen Prozessen. Sie wurde mit Unterstützung des Europäischen Forschungsrats durchgeführt.