Forskere opdager nye former for feldspat

I højtryksforsøg, forskere har opdaget nye former for det almindelige mineral feldspat. Ved moderate temperaturer, disse hidtil ukendte varianter er stabile ved tryk fra Jordens øvre kappe, hvor almindelig feldspat normalt ikke kan eksistere. Opdagelsen kan ændre synet på kolde subduktionsplader og fortolkningen af ​​seismologiske signaturer, som teamet omkring DESY-forskeren Anna Pakhomova og Leonid Dubrovinsky fra Bayerisches Geoinstitut i Bayreuth rapporterer i tidsskriftet Naturkommunikation .

Feltspat repræsenterer en gruppe af stendannende mineraler, der er meget rigelige på Jorden og udgør omkring 60 procent af Jordens skorpe. De mest almindelige feldspat er anorthit, (CaSi ₂ Al ₂ O ₈ ), albit (NaAlSi ₃ O ₈ ), og mikroklin (KAlSi ₃ O ₈ ). Ved omgivende forhold, aluminium- og siliciumatomerne i krystallen er hver bundet til fire oxygenatomer, danner AlO ₄ og SiO ₄ tetraeder.

"Feldspatens adfærd under stigende tryk og temperatur er blevet intensivt undersøgt før, med respekt for deres skæbne i Jordens indre, " forklarer Pakhomova. "Feldspat er kendt for kun at være stabil ved tryk på op til 3 gigapascal langs Jordens fælles tryk-temperaturprofil, mens de nedbrydes til tættere mineraler ved højere tryk." 3 gigapascal (GPa) svarer til 30, 000 gange det normale lufttryk ved havoverfladen. "Imidlertid, under kolde forhold kan feldspat bestå metastabilt ved tryk højere end 3 GPa, " tilføjer Pakhomova. "Tidligere højtryks strukturelle undersøgelser af feldspat ved stuetemperatur har vist, at den tetraedriske ramme af feldspat er bevaret op til 10 GPa."

Forskerne udsatte almindelig feldspat for tryk på op til 27 GPa og analyserede deres struktur ved Extreme Conditions Beamline P02.2 af DESYs røntgenlyskilde PETRA III og ved Advanced Photon Source (APS) i Chicago. "Ved tryk over 10 GPa, vi har opdaget nye højtrykspolymorfer af anorthit, albit og mikroklin, " rapporterer Pakhomova. "Faseovergangene er induceret af alvorlige geometriske forvrængninger af AlO ₄ og SiO ₄ tetraeder, hvilket resulterer i, at aluminium- og siliciumatomerne får yderligere naboatomer og også i dannelsen af ​​tættere rammer baseret på polyedre, hvor et aluminium- eller siliciumatom er bundet til fire, fem eller seks oxygenatomer."

For at undersøge stabiliteten af ​​de opdagede højtryksvarianter af feldspat ved høje temperaturer og deres mulige persistens i Jordens indre, forskerne udførte en række højtryks-højtemperatureksperimenter på Bayerisches Geoinstitut. Det viste sig, at højtryksvarianten af ​​anorthit holder ved temperaturer op til 600 grader Celsius ved 15 GPa.

"Sådanne tryk-temperaturforhold kan findes på Jorden i subduktionszonerne - regioner, hvor to litosfæriske plader kolliderer, den ene kører over den anden, " forklarer Dubrovinsky. "I sådanne geologiske omgivelser, feldspat leveres ind i Jordens indre sammen med andet skorpemateriale af den nedadgående plade. Vores resultater indikerer, at i kolde subduktionszoner, hvis temperaturen ikke kommer over 600 grader, højtryksfaser afledt af feldspat kan fortsætte i dybder svarende til Jordens øvre kappe. Dette kan muligvis påvirke dynamikken og skæbnen for koldundertrykkende litosfæriske plader og ændre seismologiske signaturer."