Si hiciéramos un viaje desde la superficie de la Tierra hasta el centro, el punto medio está aproximadamente a 1900 km de profundidad en el manto inferior. El manto inferior tiene una profundidad de 660 a 2900 km y ocupa el 55% de nuestro planeta en volumen. La composición química del manto inferior es bastante simple. Durante mucho tiempo se ha imaginado que está compuesto por 2 minerales principales (~ 95%), a saber, bridgmanita y ferropericlasa. Recientemente, este modelo fue desafiado directamente por una serie de descubrimientos en el manto inferior.

"Una de las principales composiciones del manto inferior, ferropericlasa (Mg, Fe) O, se convierte en una estructura de tipo pirita al encontrarse con el agua. Esta intrigante reacción química solo ocurre en el manto inferior profundo de la Tierra, que se define en profundidades entre 1900 y 2900 km. ", dijo Qingyang Hu de HPSTAR." La reacción produce las llamadas fases de oxígeno excesivo, o simplemente superóxidos. El manto inferior se oxida en presencia de agua ". Generalmente, cuando todos los átomos de oxígeno en un compuesto están enlazados con átomos metálicos, se llaman óxidos. Sin embargo, si un compuesto tiene pares de átomos de oxígeno, como el enlace oxígeno-oxígeno, se convierte en superóxido. Aunque el superóxido rara vez se encuentra en la naturaleza, podría ser común en el manto inferior profundo de la Tierra.

"También encontramos que el olivino y su fase de alta presión wadsleyita, los minerales dominantes en el manto superior, se descomponen para generar superóxidos cuando se subducen en el manto profundo con agua, ", agregó Jin Liu de HPSTAR. Hay pocos enfoques disponibles para que los científicos investiguen la mineralogía del manto inferior, dada su profundidad. "Nuestros experimentos son muy desafiantes. Ingresamos parámetros apropiados como presión, temperatura, y minerales de partida. Luego investigamos los resultados, incluidas las reacciones químicas, nuevos ensamblajes minerales, y sus perfiles de densidad. Esos parámetros nos permiten restringir mejor la naturaleza del manto inferior y su estado de oxidación. Contrariamente al paradigma de que el manto inferior está muy reducido, nuestros resultados indican que el manto inferior profundo se oxida al menos localmente dondequiera que haya agua ".

Los miembros del equipo procedieron con los minerales existentes en la superficie de la Tierra, apretándolos entre dos piezas de yunques de diamante para generar alrededor de 100, 000, 000 veces la presión atmosférica al nivel del mar, calentándolos con un láser infrarrojo, antes de analizar las muestras utilizando una batería de sondas de rayos X y de electrones. Los experimentos han imitado las condiciones de temperaturas extremas de presión que se encuentran en el manto inferior profundo de la Tierra.

Los experimentos anteriores exploraron un conjunto de minerales secos en ausencia de agua. Esos experimentos informaron que la bridgmanita (y / o post-bridgmanita) y la ferropericlasa son los minerales más abundantes y estables en todo el manto inferior. Sin embargo, cuando se introduce agua, la ferropericlasa se oxidaría parcialmente a superóxido en las condiciones del manto inferior profundo. Se verifica que el superóxido permanece en armonía con bridgmanita y postbridgmanita.

Esta nueva química del manto de agua puede estar estrechamente relacionada con el ciclo del agua en la Tierra sólida. Todos los años, miles de millones de toneladas de agua del océano caen en las profundidades de la Tierra en los límites de las placas tectónicas. Mientras que algo de agua regresa a través de volcanes submarinos y respiraderos calientes, algunos se adentran en el interior de la Tierra. "Nuestros experimentos indican que el agua profunda es una parte esencial de la química del manto. El ciclo del agua puede extenderse al manto inferior profundo donde el agua tiene un extraordinario poder de oxidación, produciendo superóxido altamente oxidado y liberando hidrógeno, "sugirió el Dr. Ho-kwang Mao de HPSTAR." El manto inferior se puede oxidar y reducir al mismo tiempo ".