Simulando as condições 2, 700 quilômetros de profundidade no subsolo, os cientistas estudaram uma importante transformação do mineral mais abundante na Terra, bridgmanite. Os resultados da linha de luz de condições extremas na fonte de luz de raios-X da DESY PETRA III revelam como a bridgmanita se transforma em uma estrutura conhecida como pós-perovskita, uma transformação que afeta a dinâmica do manto inferior da Terra, incluindo a propagação de ondas sísmicas. A análise pode fornecer uma explicação para uma série de observações sísmicas peculiares, como a equipe chefiada por Sébastien Merkel da Université de Lille na França, relatório no Journal Nature Communications .

Bridgmanita é um mineral de ferro magnésio ((Mg, Fe) SiO ₃ ) com uma estrutura cristalina que não é estável nas condições ambientais. Forma-se cerca de 660 quilômetros abaixo da superfície da Terra, e grãos microcristalinos encontrados como inclusões em meteoritos são as únicas amostras já recuperadas na superfície. “Para estudar a bridgmanita nas condições do manto inferior, tivemos que produzir o mineral primeiro, "explica Merkel. Para fazer isso, os cientistas comprimiram pequenas quantidades de óxido de ferro-magnésio-silício em uma célula de bigorna de diamante (DAC), um dispositivo que pode comprimir amostras com alta pressão entre duas pequenas bigornas de diamante.

A bridgmanita recém-feita foi então colocada sob pressão ainda mais alta de 1,2 megabar (cerca de 1,1 milhão de vezes a pressão na superfície), correspondendo à camada mais baixa do manto da Terra, logo acima do núcleo. Aqui, as ondas sísmicas são refletidas enquanto viajam pelo interior da Terra, e a maneira como são refletidos depende das características do material que encontram. "As ondas sísmicas às vezes se comportam de maneira estranha naquela região, "diz Merkel." Às vezes você vê reflexos fortes, e às vezes você não vê absolutamente nada. "

Os cientistas há muito suspeitam que uma mudança estrutural no bridgmanite é uma parte importante da explicação. "Sabemos há 15 anos que a bridgmanita se transforma em uma estrutura cristalina diferente chamada pós-perovskita nessas condições, mas o que não sabíamos era, quão rápido ele faz isso, "explica Merkel. A pós-perovskita consiste nos mesmos elementos químicos da bridgmanita, mas tem uma estrutura cristalina diferente, levando a características diferentes.

Na linha de luz de condições extremas do DESY (P02.2), os cientistas agora podiam investigar a dinâmica da transformação. Acontece que isso acontece em cerca de 10 a 10, 000 segundos, dependendo da pressão e da temperatura. Isso inclui a escala de tempo da frequência das ondas sísmicas. "Isso significa que as ondas sísmicas podem desencadear a transformação, e por sua vez, pode amplificar o sinal sísmico, "enfatiza Merkel." Essa observação explica por que às vezes você vê reflexos fortes e às vezes não. E também pode explicar outras anomalias. "

O limite manto-núcleo em cerca de 2, 900 quilômetros abaixo da superfície não são tão nítidos quanto a superfície de um espelho. Em vez disso, em uma região de cerca de 200 quilômetros acima do núcleo, conhecida como camada D ", grandes lajes de diferentes materiais com diferentes estruturas se movem. "Você pode pensar nisso como um segundo conjunto de placas tectônicas lá embaixo, "explica Merkel. Além disso, em uma camada limite de cerca de 100 quilômetros de espessura, bridgmanita e pós-perovskita podem coexistir, complicando a análise de sinais sísmicos. Quanto mais detalhes os cientistas sabem sobre as características físicas do material na fronteira, melhor a análise que eles podem fazer. Isso ajuda não apenas a investigar a região de fronteira em si, mas também muitas outras regiões dentro da Terra, à medida que as ondas sísmicas sondam todas as camadas em seu caminho. "Quanto melhor conhecermos as características do material no limite núcleo-manto, o mais nítido é a nossa visão do interior da Terra, "diz Merkel.