Iltoverskydende oxider i Jordens midterkappe letter opstigningen af ​​dyb ilt

Subduktion af vandholdige materialer har stor indflydelse på strukturen, dynamik, og vores planets udvikling. Imidlertid, det er stort set uklart, hvordan subducerende plader kemisk interagerer med den midterste kappe. For nylig, en iltoverskudsfase (Mg, Fe)2O3+δ blev opdaget under forhold svarende til Jordens midterkappe (~1000-2000 km) af et team af forskere fra Center of High Pressure Science and Technology Advanced Research (HPSTAR) og Stanford University.

Denne iltoverskydende fase kan fuldt ud genvindes til omgivende betingelser for undersøgelse ex-situ ved hjælp af transmissionselektronmikroskopi. Det indeholder jern(III)jern som i hæmatit (Fe ₂ O ₃ ) som er den mest oxiderede form af jern på jordens overflade, men denne nye fase rummer mere ilt end hæmatit gennem interaktioner mellem iltatomer. Den ejendommelige natur af oxygen i denne nye fase kan revidere vores syn på kappens redoxkemi.

"Vi brugte laboratorieteknikker til at simulere forholdene dybt inde i Jorden og fandt en iltoverskudsfase opstået, når vandholdige mineralsamlinger (f.eks. ferropericlase blandet med brucit) blev udsat for laseropvarmning ved tryk, der er større end 40 millioner gange det atmosfæriske tryk på jordens overflade" sagde Dr. Jin Liu fra HPTAR. "Danningen af ​​denne nye fase giver stærke beviser for, at vand virker som en stærk oxidant ved højtryk."

"Denne fase kunne eksistere side om side med den brintbærende FeO i pyrit-typefasen ₂ ved dybe kappeforhold, hvorimod de to faser er forskellige i krystalkemi, " tilføjede Dr. Qingyang Hu fra HPSTAR. "I modsætning til dannelsen af ​​pyrit-type fase, som normalt dannes i dyb nedre kappe og kræver en stor mængde vand, denne oxygen-overskydende fase kan dannes med en moderat mængde vand ved mid-mantel-forhold. De fleksible dannelsesforhold gør det potentielt til en mere udbredt fase på dybder større end 1000 km i Jordens kappe, optager næsten 2/3 af kappen." denne iltoverskudsfase kan eksistere sammen med de vigtigste kappemineraler, bridgemanit og ferroperiklase, under jordens lavere kappeforhold.

"Den udbredte tilstedeværelse af iltoverskudsfasen gør den og andre iltberigede oxider til et vigtigt emne for hele spektret af fremtidige geokemi- og mineralfysiske studier, " foreslog Dr. Ho-kwang Mao, direktør for HPSTAR. "Bemærkelsesværdigt, denne nye fase kan slukkes. Faktisk, de fleste forbindelser syntetiseret under de nedre kappeforhold og quenchable tilbage til omgivelsesbetingelser er blevet opdaget og navngivet som mineraler såsom bridgmanit (Mg, Fe)SiO ₃ og seifertite SiO ₂ . Derfor, dette giver mulighed for at søge efter denne iltoverskudsfase i naturen som diamantindeslutninger eller meteoritchokprodukter."

Krystalstrukturen af ​​denne iltoverskudsfase kan repræsentere en strukturprototype, som vil rumme andre jordrige komponenter (f.eks. Al, Ca, Ti, og Ni). På samme tid, kanalrummet i denne iltoverskydende fase kunne tilbyde en stor fleksibilitet ikke kun for overskydende ilt, men også for andre flygtige stoffer (f.eks. N, S, F, og Cl). I betragtning af dens strukturelle alsidighed, den nye fase kunne være en vigtig flygtig bærer i den dybe kappe over geologisk tid. Vigtigere, sammen med overskydende Fe ₃ ⁺ fra den oprindelige nedre kappe, disse iltoverskydende materialer kan på lang sigt have oxideret den lave kappe og skorpen, som er grundlæggende for udviklingen og beboeligheden af ​​komplekst liv på jordens overflade.

Disse resultater tyder på, at iltoverskudsfasen kan lette iltoverskudsreservoirer ud af hydrerede pladerester på dybder større end 1000 km. Oceaniske skorper i midten af ​​kappen kan således dybt regulere stigningen af ​​ilt i Jordens atmosfære og globale beboelighed, som lavvandet genbrugte væsker. En sådan spændende kemi af dyb ilt kaster lys over kemiske og dynamiske modeller af kappepladerester såvel som interaktionen og co-evolutionen af ​​Jordens indre og overflade.