Um diagrama esquemático da fábrica de oxigênio profundo da Terra mostra os processos de oxigenação e desoxigenação de materiais do manto hidratado no manto inferior ao longo dos ~ 1000 km de profundidade abaixo da superfície da Terra. Sob as condições do manto médio da Terra, os cientistas descobriram uma fase de excesso de oxigênio, (Mg, Fe) 2O3 + δ (0 <δ <1) que pode ser formado com água sub-saturada a> 1000 quilômetros de profundidade. Esses materiais com excesso de oxigênio podem ter oxidado a longo prazo o manto raso e a crosta, que é essencial para permitir que o oxigênio livre se acumule na atmosfera da Terra. Crédito:Science China Press
A subducção de materiais hídricos impõe grande influência na estrutura, dinâmica, e evolução do nosso planeta. Contudo, não está muito claro como as lajes de subducção interagem quimicamente com o manto intermediário. Recentemente, uma fase de excesso de oxigênio (Mg, Fe) 2O3 + δ foi descoberto em condições semelhantes às do manto médio da Terra (~ 1000-2000 km) por uma equipe de cientistas do Centro de Pesquisa Avançada de Ciência e Tecnologia de Alta Pressão (HPSTAR) e da Universidade de Stanford.
Esta fase de excesso de oxigênio é totalmente recuperável às condições ambientais para investigação ex-situ usando microscopia eletrônica de transmissão. Ele contém ferro férrico como na hematita (Fe 2 O 3 ), que é a forma mais oxidada de ferro na superfície da Terra, mas esta nova fase retém mais oxigênio do que hematita por meio de interações entre átomos de oxigênio. A natureza peculiar do oxigênio nesta nova fase pode rever nossa visão sobre a química redox do manto.
"Empregamos técnicas de laboratório para simular as condições nas profundezas da Terra e descobrimos que uma fase de excesso de oxigênio emergiu quando as assembléias de minerais hídricos (por exemplo, ferropericlase misturada com brucita) foram expostos ao aquecimento do laser a pressões superiores a 40 milhões de vezes a pressão atmosférica na superfície da Terra ", disse o Dr. Jin Liu da HPTAR." A formação desta nova fase fornece fortes evidências de que a água atua como um forte oxidante em alta pressão. "
"Esta fase poderia coexistir com a fase do tipo pirita contendo FeO contendo hidrogênio 2 em condições profundas do manto, Considerando que as duas fases são distintas na química do cristal, "acrescentou o Dr. Qingyang Hu da HPSTAR." Ao contrário da formação da fase do tipo pirita, que geralmente se forma no manto inferior profundo e requer uma grande quantidade de água, esta fase de excesso de oxigênio pode ser formada com uma quantidade moderada de água em condições de manto médio. As condições de formação flexíveis tornam-na potencialmente uma fase mais difundida em profundidades superiores a 1000 km no manto da Terra, ocupando quase 2/3 do manto. "Além disso, esta fase de excesso de oxigênio pode coexistir com os principais minerais do manto, bridgmanita e ferropericlase, sob as condições do manto inferior da Terra.
"A presença generalizada da fase com excesso de oxigênio torna-a e outros óxidos enriquecidos com oxigênio um assunto importante para toda a gama de estudos futuros de geoquímica e física mineral, "sugeriu o Dr. Ho-kwang Mao, diretor da HPSTAR. "Notavelmente, esta nova fase é extinguível. De fato, a maioria dos compostos sintetizados sob as condições do manto inferior e extinguíveis de volta às condições ambientais foram descobertos e nomeados como minerais, como a bridgmanita (Mg, Fe) SiO 3 e seifertita SiO 2 . Portanto, isso representa uma oportunidade de pesquisar essa fase de excesso de oxigênio na natureza como inclusões de diamante ou produtos de choque de meteoritos. "
A estrutura cristalina desta fase de excesso de oxigênio pode representar um protótipo de estrutura que acomodará outros componentes abundantes na Terra (por exemplo, Al, Ca, Ti, e Ni). Ao mesmo tempo, o espaço do canal nesta fase de excesso de oxigênio pode oferecer uma grande flexibilidade não apenas para o excesso de oxigênio, mas também para outros voláteis (por exemplo, N, S, F, e Cl). Considerando sua versatilidade estrutural, a nova fase pode ser um importante portador volátil no manto profundo ao longo do tempo geológico. Mais importante, junto com excesso de Fe 3 + do manto inferior primordial, esses materiais com excesso de oxigênio podem ter, a longo prazo, oxidado o manto raso e a crosta, que é fundamental para a evolução e habitabilidade da vida complexa na superfície da Terra.
Esses resultados sugerem que a fase de excesso de oxigênio pode facilitar reservatórios de excesso de oxigênio de remanescentes de placas hidratadas em profundidades superiores a 1000 km. As crostas oceânicas no manto médio, portanto, podem regular profundamente o aumento do oxigênio na atmosfera da Terra e a habitabilidade global, como fluidos reciclados superficialmente. Essa química intrigante do oxigênio profundo lança luz sobre os modelos químicos e dinâmicos dos remanescentes da laje do manto, bem como a interação e coevolução do interior e da superfície da Terra.
