Wskazówki dotyczące tego, jak płyny kształtują naszą planetę
Płyny odgrywają kluczową rolę w ewolucji skorupy ziemskiej, ponieważ wpływają na takie procesy, jak redystrybucja pierwiastków, które tworzą cenne zasoby mineralne i złoża węglowodorów. Znalezienie i odpowiedzialna eksploatacja takich złóż zależy od zrozumienia, w jaki sposób, kiedy i gdzie płyny przepływają w skali od mikrometrów do kilometrów. „Zrozumienie mechanizmów transportu materiału w kontynentalnej skorupie ziemskiej ma kluczowe znaczenie dla naszego dobrobytu w Europie” — tłumaczy Jan Wijbrans, inicjator projektu FluidNET(odnośnik otworzy się w nowym oknie) z Wolnego Uniwersytetu w Amsterdamie(odnośnik otworzy się w nowym oknie) w Holandii. „Geolodzy zwracają na to uwagę od około 20 lat, a decydenci zaczynają to właśnie dostrzegać”.
Rola płynów w zrozumieniu procesów ziemskich
Celem projektu FluidNET, wspieranego przez program działania „Maria Skłodowska-Curie”(odnośnik otworzy się w nowym oknie), było wzmocnienie potencjału Europy w tej dziedzinie poprzez pionierskie badania naukowe i szkolenia. Pod względem badawczym najważniejszym celem było promowanie znaczenia płynów dla zrozumienia procesów zachodzących w Ziemi. „Nauki o Ziemi zazwyczaj opierały się głównie na badaniu fazy stałej, takiej jak skały i minerały(odnośnik otworzy się w nowym oknie)” — dodaje Wijbrans. „Bez płynów ten obraz jest niekompletny. Mają one na przykład wpływ na wytrzymałość skał i działają jako katalizatory reakcji mineralnych”. Aby rozwinąć tę dziedzinę, w ramach projektu FluidNET naukowcy z dziedziny geologii badają oddziaływania wewnątrz kryształów w skali nano i mikro, a inni badacze analizują procesy zachodzące w skali kilometrów. Chodziło o to, aby takie połączenie wiedzy specjalistycznej pomogło w znalezieniu odpowiedzi na pewne fundamentalne pytania, np. czy pewne przepływy cieczy następują jako ciągły strumień, czy jako nagły wybuch.
Analiza metamorficznych skał podłoża
Odpowiedzi na te pytania poszukiwało 12 początkujących badaczy. Wijbrans ściśle współpracował z jednym z tych badaczy, który skupiał się na żyłach w skałach podłoża metamorficznego w Pirenejach. Metamorficzne skały podłoża to starsze, krystaliczne skały, które często znajdują się głęboko pod warstwami osadowymi. „Duża część tego podłoża w Pirenejach powstała pod koniec ery paleozoicznej (około 300 milionów lat temu)” — mówi Wijbrans. „Pobraliśmy próbki żył z tych skał, w których gromadziła się i płynęła woda, i poddaliśmy je analizie w naszym laboratorium”. W laboratorium frakcje mineralne oczyszczano w skali mikronowej. Odkryto, że płyny wewnątrz kryształów zawierają rozpuszczony potas, który geolodzy mogą wykorzystać do określenia wieku kryształów. Zespołowi udało się również ustalić, że przepływ cieczy przez tę skałę nie odbywał się ciągłym strumieniem, lecz pulsacyjnie. „Udało nam się ustalić datę występowania tych pulsów co 10 milionów lat” — dodaje Wijbrans. „To odkrycie rzuca nowe światło na to, w jaki sposób mogą powstawać pewne minerały”.
Modelowanie tektoniczne i modelowanie pulsacji płynów
Ta konkretna historia stała się jeszcze ciekawsza, gdy badania rozszerzono o ruchy tektoniczne. Około 80 milionów lat temu Półwysep Iberyjski zaczął oddalać się od reszty Europy, a Afryka przesuwała się na północ, tworząc Pireneje. Ta historia tektoniczna pokrywa się z modelem pulsacji płynów FluidNET. „Czas przepływu cieczy przez tę skałę może być przyczyną lub skutkiem — w geologii nigdy nie jesteśmy tego do końca pewni – zbiegu Afryki, Europy i Półwyspu Iberyjskiego” — wyjaśnia Wijbrans. „Mogłoby to na przykład sugerować, że przepływy cieczy w pewnych momentach osłabiały skałę, co umożliwiało ruchy tektoniczne. Lub odwrotnie, naprężenia tektoniczne wywołane przez zbliżającą się płytę iberyjską spowodowały uwolnienie płynu w wyniku reaktywacji stref uskokowych”. Artykuł na temat tych badań jest obecnie na etapie recenzji w recenzowanym czasopiśmie naukowym „Tectonics”. „Naprawdę sądzimy, że jesteśmy na tropie czegoś ważnego” — podsumowuje Wijbrans.
