Jordens nedre kappe kan oxideres i nærvær af vand

Hvis vi tog en rejse fra Jordens overflade til midten, midtpunktet er omtrent på 1900 km dybde i den nedre kappe. Den nedre kappe spænder fra 660 til 2900 km dybde og fylder 55% af vores planet i volumen. Den kemiske sammensætning af den nedre kappe er ret enkel. Det har længe været afbildet som bestående af 2 store mineraler (~ 95%), nemlig bridgmanit og ferropericlase. For nylig, denne model blev direkte udfordret af et sæt opdagelser i den nedre kappe.

"En af de største nedre kappesammensætninger, ferropericlase (Mg, Fe) O, bliver til en pyrit-type struktur ved møde med vand. Denne spændende kemiske reaktion sker kun ved Jordens dybe nedre kappe, der er defineret i dybder mellem 1900 og 2900 km, "sagde Qingyang Hu fra HPSTAR." Reaktionen producerer såkaldte oxygen-overdrevne faser, eller simpelthen superoxider. Den nederste kappe oxideres i nærværelse af vand. "Generelt, når alle oxygenatomer i en forbindelse er bundet til metalatomer, de kaldes oxider. Imidlertid, hvis en forbindelse har parrede iltatomer, som ilt-iltbinding, det bliver til et superoxid. Selvom superoxid sjældent findes i naturen, det kan være almindeligt i Jordens dybe nedre kappe.

"Vi fandt også, at olivin og dets højtryksfase wadsleyit, de dominerende mineraler i den øvre kappe, nedbrydes for at danne superoxider ved subduktion ned i den dybe kappe med vand, "tilføjet af Jin Liu fra på HPSTAR. Få metoder er tilgængelige for forskere til at undersøge den nedre kappe -mineralogi, givet dens dybde. "Vores eksperimenter er meget udfordrende. Vi indtaster passende parametre som f.eks. Tryk, temperatur, og startmineraler. Derefter undersøgte vi output, herunder kemiske reaktioner, nye mineralsamlinger, og deres tæthedsprofiler. Disse parametre giver os mulighed for bedre at begrænse arten af ​​den nedre kappe og dens oxidationstilstand. I modsætning til paradigmet om, at den nedre kappe er stærkt reduceret, vores resultater indikerer, at den dybe nedre kappe i det mindste er lokalt oxideret, uanset hvor vand er til stede. "

Teammedlemmerne fortsatte med mineraler, der findes på Jordens overflade, ved at klemme dem mellem to stykker diamantambolte for at generere omkring 100, 000, 000 gange atmosfæretrykket ved havets overflade, opvarmning af dem ved hjælp af en infrarød laser, før analysen af ​​prøverne ved hjælp af et batteri med røntgen- og elektronprober. Eksperimenterne har efterlignet de ekstreme tryk-temperaturforhold, der findes i Jordens dybe nedre kappe.

Tidligere eksperimenter udforskede en tør mineralsamling i fravær af vand. Disse eksperimenter rapporterede, at bridgmanit (og/eller post-bridgmanit) og ferropericlase er de mest rigelige og stabile mineraler i hele den nedre kappe. Imidlertid, når vand indføres, ferropericlase ville blive delvist oxideret til superoxid under de dybe nedre kappe -betingelser. Superoxidet er verificeret for at forblive i harmoni med bridgmanit og post-bridgmanit.

Denne nye vandmantelkemi kan være tæt forbundet med vandcyklingen i den faste jord. Hvert år, milliarder tons havvand falder ned i den dybe jord ved tektoniske pladegrænser. Mens noget vand vender tilbage via undervands vulkaner og varme ventilationsåbninger, nogle går dybt ind i Jordens indre. "Vores eksperimenter indikerer, at det dybe vand er en væsentlig del af mantelkemi. Vandcyklussen kan strække sig til den dybe nedre kappe, hvor vand har en ekstraordinær oxidationskraft, producerer stærkt oxideret superoxid og frigiver hydrogen, "foreslog Dr. Ho-kwang Mao fra HPSTAR." Den nederste kappe kan oxideres og reduceres på samme tid. "