La estructura cristalina de la anortita de feldespato en condiciones normales (izquierda) y la variante de alta presión recién descubierta (derecha). Bajo condiciones normales, los átomos de silicio y aluminio forman tetraedros (amarillo y azul) con cuatro átomos de oxígeno cada uno (rojo). A alta presión se forman poliedros con cinco y seis átomos de oxígeno. Los átomos de calcio (grises) se encuentran en el medio. Las líneas negras delinean la llamada celda unitaria, la unidad más pequeña de una celosía de cristal. Crédito:DESY, Anna Pakhomova
En experimentos de alta presión, Los científicos han descubierto nuevas formas del feldespato mineral común. A temperaturas moderadas, estas variantes hasta ahora desconocidas son estables a las presiones del manto superior de la Tierra, donde el feldespato común normalmente no puede existir. El descubrimiento podría cambiar la vista en placas de subducción frías y la interpretación de firmas sismológicas, como el equipo que rodea a la científica de DESY Anna Pakhomova y Leonid Dubrovinsky de Bayerisches Geoinstitut en Bayreuth informan en la revista Comunicaciones de la naturaleza .
Los feldespatos representan un grupo de minerales formadores de rocas que son muy abundantes en la Tierra y constituyen aproximadamente el 60 por ciento de la corteza terrestre. Los feldespatos más comunes son anortita, (CaSi 2 Alabama 2 O 8 ), albita 3 O 8 ), y microclina (KAlSi 3 O 8 ). En condiciones ambientales, los átomos de aluminio y silicio en el cristal están unidos a cuatro átomos de oxígeno, formando AlO 4 y SiO 4 tetraedros.
"El comportamiento de los feldespatos bajo presión y temperatura crecientes se ha investigado intensamente antes, con respecto a su destino en el interior de la Tierra, "explica Pakhomova." Se sabe que los feldespatos son estables solo a presiones de hasta 3 gigapascales a lo largo del perfil común de presión-temperatura de la Tierra, mientras se descomponen en minerales más densos a presiones más altas ". 3 gigapascales (GPa) equivalen a 30, 000 veces la presión atmosférica normal al nivel del mar. "Sin embargo, en condiciones frías, los feldespatos pueden persistir de manera metaestable a presiones superiores a 3 GPa, ", añade Pakhomova." Los estudios estructurales previos de feldespato a temperatura ambiente a alta presión han demostrado que la estructura tetraédrica de los feldespatos se conserva hasta 10 GPa ".
Los científicos sometieron feldespatos comunes a presiones de hasta 27 GPa y analizaron su estructura en la línea de luz de condiciones extremas P02.2 de la fuente de luz de rayos X de DESY, PETRA III, y en la fuente de fotones avanzados (APS) en Chicago. "A presiones superiores a 10 GPa, hemos descubierto nuevos polimorfos de anortita de alta presión, albita y microclina, "informa Pakhomova." Las transiciones de fase son inducidas por severas distorsiones geométricas de AlO 4 y SiO 4 tetraedros que dan como resultado que los átomos de aluminio y silicio ganen átomos vecinos adicionales y también en la formación de estructuras más densas basadas en poliedros donde un átomo de aluminio o silicio está unido a cuatro, cinco o seis átomos de oxígeno ".
Para investigar la estabilidad de las variantes de feldespatos de alta presión descubiertas a altas temperaturas y su posible persistencia en el interior de la Tierra, los científicos realizaron una serie de experimentos de alta presión y alta temperatura en el Bayerisches Geoinstitut. Resultó que la variante de alta presión de anortita persiste a temperaturas de hasta 600 grados Celsius a 15 GPa.
"Tales condiciones de presión-temperatura podrían encontrarse en la Tierra en las zonas de subducción, regiones donde chocan dos placas litosféricas, uno cabalgando sobre el otro, "explica Dubrovinsky." En tales entornos geológicos, los feldespatos son entregados al interior de la Tierra junto con otro material de la corteza por la placa descendente. Nuestros resultados indican que en las zonas de subducción fría, si la temperatura no supera los 600 grados, Las fases de alta presión derivadas de los feldespatos podrían persistir en las profundidades correspondientes al manto superior de la Tierra. Esto posiblemente podría influir en la dinámica y el destino de las placas litosféricas subducidas en frío y alterar las firmas sismológicas ".
