Un diagrama esquemático de la fábrica de oxígeno profundo de la Tierra muestra los procesos de oxigenación y desoxigenación de los materiales del manto hidratado en el manto inferior a lo largo de los ~ 1000 km de profundidad debajo de la superficie de la Tierra. Bajo las condiciones del manto medio de la Tierra, los científicos descubrieron una fase de exceso de oxígeno, (Mg, Fe) 2O3 + δ (0 <δ <1) que se puede formar con agua sub-saturada a> 1000 kilómetros de profundidad. Esos materiales con exceso de oxígeno pueden haber oxidado a largo plazo el manto poco profundo y la corteza, que es esencial para permitir que el oxígeno libre se acumule en la atmósfera de la Tierra. Crédito:Science China Press
La subducción de materiales hidratados impone una gran influencia en la estructura, dinámica, y evolución de nuestro planeta. Sin embargo, En gran parte, no está claro cómo interactúan químicamente las losas en subducción con el manto medio. Recientemente, una fase de exceso de oxígeno (Mg, Fe) 2O3 + δ fue descubierto en condiciones similares al manto medio de la Tierra (~ 1000-2000 km) por un equipo de científicos del Centro de Investigación Avanzada en Ciencia y Tecnología de Alta Presión (HPSTAR) y la Universidad de Stanford.
Esta fase de exceso de oxígeno es completamente recuperable a las condiciones ambientales para la investigación ex situ utilizando microscopía electrónica de transmisión. Contiene hierro férrico como en hematita (Fe 2 O 3 ) que es la forma de hierro más oxidada en la superficie de la Tierra, pero esta nueva fase contiene más oxígeno que hematita a través de interacciones entre átomos de oxígeno. La naturaleza peculiar del oxígeno en esta nueva fase puede revisar nuestra visión sobre la química redox del manto.
"Empleamos técnicas de laboratorio para simular las condiciones en las profundidades de la Tierra y descubrimos que surgía una fase de exceso de oxígeno cuando los ensamblajes de minerales hidratados (por ejemplo, ferropericlasa mezclada con brucita) se expusieron al calentamiento con láser a presiones superiores a 40 millones de veces la presión atmosférica en la superficie de la Tierra ", dijo el Dr. Jin Liu de HPTAR." La formación de esta nueva fase proporciona una fuerte evidencia de que el agua actúa como un oxidante fuerte a alta presión ".
"Esta fase podría coexistir con la fase de tipo pirita que contiene hidrógeno FeO 2 en condiciones de manto profundo, Considerando que las dos fases son distintas en la química de los cristales, "agregó el Dr. Qingyang Hu de HPSTAR." A diferencia de la formación de la fase de tipo pirita que generalmente se forma en el manto inferior profundo y requiere una gran cantidad de agua, esta fase de exceso de oxígeno se puede formar con una cantidad moderada de agua en condiciones de manto medio. Las condiciones de formación flexibles hacen que sea potencialmente una fase más extendida a profundidades superiores a los 1000 km en el manto de la Tierra. ocupando casi 2/3 del manto ". Además, esta fase de exceso de oxígeno puede coexistir con los principales minerales del manto, bridgmanita y ferropericlasa, bajo las condiciones del manto inferior de la Tierra.
"La presencia generalizada de la fase de exceso de oxígeno hace que ella y otros óxidos enriquecidos con oxígeno sean un tema importante para toda la gama de estudios futuros de geoquímica y física mineral". "sugirió el Dr. Ho-kwang Mao, director de HPSTAR. "Notablemente, esta nueva fase se puede apagar. Como una cuestión de hecho, La mayoría de los compuestos sintetizados en las condiciones del manto inferior y que se pueden apagar de nuevo a las condiciones ambientales han sido descubiertos y nombrados como minerales como bridgmanita (Mg, Fe) SiO 3 y seifertita SiO 2 . Por eso, esto presenta una oportunidad para buscar esta fase de exceso de oxígeno en la naturaleza como inclusiones de diamantes o productos de choque de meteoritos ".
La estructura cristalina de esta fase de exceso de oxígeno puede representar un prototipo de estructura que acomodará otros componentes abundantes en la Tierra (por ejemplo, Al, California, Ti, y Ni). Al mismo tiempo, el espacio del canal en esta fase de exceso de oxígeno podría ofrecer una gran flexibilidad no solo para el exceso de oxígeno, sino también para otros volátiles (por ejemplo, N, S, F, y Cl). Considerando su versatilidad estructural, la nueva fase podría ser un portador volátil importante en el manto profundo durante el tiempo geológico. Más importante, junto con el exceso de Fe 3 + del manto inferior primordial, esos materiales con exceso de oxígeno pueden haber oxidado a largo plazo el manto poco profundo y la corteza, que es fundamental para la evolución y habitabilidad de la vida compleja en la superficie de la Tierra.
Estos resultados sugieren que la fase de exceso de oxígeno puede facilitar que los reservorios de exceso de oxígeno salgan de los remanentes de losas hidratadas a profundidades superiores a 1000 km. Las costras oceánicas en el manto medio podrían regular profundamente el aumento de oxígeno en la atmósfera de la Tierra y la habitabilidad global. como fluidos poco reciclados. Esta intrigante química del oxígeno profundo arroja luz sobre los modelos químicos y dinámicos de los restos de losas del manto, así como la interacción y coevolución del interior y la superficie de la Tierra.
