Chokerede meteoritter giver spor til Jordens nedre kappe

Dybt under jordens overflade ligger et tykt stenlag kaldet kappen, som udgør størstedelen af ​​vores planets volumen. Mens Jordens kappe er for dyb til, at mennesker kan observere det direkte, visse meteoritter kan give spor til dette uopnåelige lag.

I en undersøgelse, der for nylig blev offentliggjort i Videnskab fremskridt , et internationalt team af forskere, herunder Sang-Heon Dan Shim og Thomas Sharp fra Arizona State University (ASU), har gennemført en kompleks analyse af en "chokeret meteorit" (en der har oplevet højtryks- og højtemperaturforhold gennem nedslagsbegivenheder) og fået ny indsigt i Jordens nedre kappe.

Suizhou:en chokeret meteorit

Chokerede meteoritter har givet mange eksempler på dybe kappe-mineraler siden 1969, da højtryksmineralet Ringwoodite blev opdaget.

Til denne undersøgelse, hovedforfatter Luca Bindi fra universitetet i Firenze (Italien), Shim og Sharp fra ASU's School of Earth and Space Exploration og Xiande Xie fra Guangzhou Institute of Geochemistry (Kina), fokuserede deres indsats på en prøve af en chokeret meteorit kaldet Suizhou.

"Suizhou var en ideel meteorit for vores team at analysere, " forklarer Shim, der har specialiseret sig i at bruge højtryksforsøg til at studere Jordens kappe. "Det forsynede vores team med prøver af naturlige højtryksmineraler som dem, der menes at udgøre Jordens dybe kappe."

Suizhou faldt i 1986 i Hubei-provinsen i Kina. Umiddelbart efter denne meteorits fald, en gruppe forskere var i stand til at finde og indsamle prøver. "Det var et observeret fald, " forklarer Sharp, der har specialiseret sig i at studere chokerede meteoritter for at forstå chok og påvirkning i solsystemet. "Så det blev ikke udsat for nogen kemisk forvitring på Jorden, og derfor er der ingen ændring af jernet.

Bridgmanite:Det dominerende materiale i den nedre kappe

Suizhou-meteoritprøven, som forskerne brugte til denne undersøgelse, indeholder et specifikt silikat kaldet "bridgmanit". Dette silikat betragtes som det dominerende materiale i Jordens nedre kappe og udgør omkring 38 volumenprocent af vores planet. Det blev først opdaget i den chokerede meteorit Tenham i 2014.

Mens man tidligere troede, at jernmetal hovedsageligt fandtes i Jordens kerne, for omkring 15 år siden opdagede forskere i laboratoriet, at jern i bridgmanit kan undergå selv-oxidation, hvorfra det kan producere metallisk jern.

denne proces, en kemisk reaktion kaldet "ladningsdisproportionering, " er, hvor atomer omfordeler elektroner indbyrdes og producerer to eller tre kationformer med forskellige oxidationstilstande (i dette tilfælde, nogle Fe (II) -ioner i bridgmanit konverteres til Fe (III) og Fe (0), den sidste danner metallisk jern).

Spørgsmålet stod tilbage, imidlertid, hvis denne proces faktisk kunne forekomme i naturen.

Ved hjælp af højopløsnings-elektronmikroskop-billeddannelse og spektroskopi, forskerne var i stand til at udføre et sæt komplekse analyser af Suizhou-meteoritprøven i nanometerskala.

Gennem disse analyser, forskergruppen opdagede metalliske jern -nanopartikler, der sameksisterer med bridgmanit i den chokerede meteoritprøve, repræsenterer det første direkte bevis i naturen på jerndisproportioneringsreaktionen, som hidtil kun var observeret i højtryksforsøg.

"Denne opdagelse viser, at ladningens disproportionering kan forekomme i naturlige højtryksmiljøer og derfor i det dybe indre af jorden, " siger Shim.

Konsekvenserne af denne undersøgelse, imidlertid, gå ud over bare denne opdagelse, og kan i sidste ende hjælpe os med at forstå det større spørgsmål om, hvordan Jorden selv blev oxideret.

Selvom vi ved, at Jordens øvre kappe er mere oxiderende end andre planeter, og at de mere oxiderende betingelser i den øvre kappe kan være forbundet med den pludselige iltstigning i atmosfæren for 2,5 milliarder år siden, vi ved endnu ikke, hvordan Jordens øvre kappe blev mere oxiderende.

"Det er muligt, at når materialer fra den nederste kappe transporteres til den øvre kappe ved konvektion, der ville være et tab af metallisk jern, og det oxiderede jern i bridgmanit ville forårsage flere oxiderende forhold i den øvre kappe, "siger Shim.

"Vores opdagelse giver en mulig forklaring på de mere oxiderende forhold i Jordens øvre kappe og understøtter ideen om, at dybe indre processer kan have bidraget til den store iltningshændelse på overfladen."