Екип учени от университета в Мичиган са разкрили, че в дълбините на Земята, на дълбочина 2900 километра, има условия за образуване на неизвестно досега минерално вещество. Изключително високите налягане и температури допринасят за образуването на богат на калций бриджманит, което променя начина, по който гледаме на минералогията на долната мантия. Това сочи изследване, публикувано в списание Nature.
Смята се, че долната мантия на Земята се състои от три основни минерални фази: феропериклаз (Mg,Fe)O и два перовскита – бриджманит (Mg,Fe)(Al,Si)O3 и давемаоит (CaTiO3). Перовскитите са минерални структури с формула ABX3, за които е известно, че имат необичайни свойства, включително свръхпроводимост. На голяма дълбочина, в условията на високи температури, минералите с подобна кристална структура се сливат, образувайки нови минерали. Въпреки че е установено, че давемаоитът отсъства в среди с високи температури и налягания, типични за долната мантия, той не може напълно да се разтвори в бриджманит, съдържащ магнезий и силиций.
Учените заподозрели, че при определени условия давемаоитът може напълно да се слее с бриджманита, за да образува единична перовскитна фаза в долната мантия. Правени са много опити да се намерят тези условия, но резултатите от експериментите винаги са давали две фази на перовскит. В новата работа учените изследвали разтворимостта на CaTiO3 в бриджманит, съдържащ желязо и алуминий.
Температурата на образците била рязко повишена до 1800 – 3000 келвина при налягане 33 – 110 гигапаскала. За целта били използвани клетки от диамантени наковални и лазерно нагряване, а трансформациите на минералите били проследявани чрез рентгенова дифракция в източника на синхротронно лъчение Advanced Photon Source в Националната лаборатория Аргон.
Установено било, че разтворимостта на калция в бриджманита рязко нараства при температура от около 2300 келвина и налягане над 40 гигапаскала до ниво, достатъчно за пълното разтваряне на CaSiO3. Това води до изчезването на перовскит CaSiO3 на дълбочини над 1800 километра и появата на обогатен с калций бриджманит. Ключова роля в този процес в бриджманита играе желязото, повишавайки разтворимостта на калция.
По този начин по-дълбоката долна мантия с достатъчно висока температура трябва да има различен минерален състав от по-плитката долна мантия. Тъй като вътрешността на ранната Земя е била много по-гореща, по-голямата част от долната мантия е съдържала една перовскитна фаза и нейната минералогия е значително се е отличавала от днешната. Все още обаче не е известно дали това може да е повлияло на важни глобални процеси като тектониката на плочите или Голямото кислородно събитие преди 2,45 милиарда години.
ВИЖТЕ ОЩЕ: Откриха доказателства за обръщане на магнитните полюси на древната Земя
