A estrutura cristalina do feldspato anortita em condições normais (esquerda) e a variante de alta pressão recém-descoberta (direita). Em condições normais, os átomos de silício e alumínio formam tetraedros (amarelo e azul) com quatro átomos de oxigênio cada (vermelho). Sob alta pressão, poliedros com cinco e seis átomos de oxigênio são formados. Os átomos de cálcio (cinza) ficam no meio. As linhas pretas delineiam a chamada célula unitária, a menor unidade de uma estrutura de cristal. Crédito:DESY, Anna Pakhomova
Em experimentos de alta pressão, os cientistas descobriram novas formas do feldspato mineral comum. Em temperaturas moderadas, essas variantes até então desconhecidas são estáveis às pressões do manto superior da Terra, onde o feldspato comum normalmente não pode existir. A descoberta pode mudar a visão das placas subdutoras frias e a interpretação das assinaturas sismológicas, enquanto a equipe em torno da cientista do DESY Anna Pakhomova e Leonid Dubrovinsky da Bayerisches Geoinstitut em Bayreuth relatam na revista Nature Communications .
Os feldspatos representam um grupo de minerais formadores de rocha que são altamente abundantes na Terra e constituem cerca de 60 por cento da crosta terrestre. Os feldspatos mais comuns são anortita, (CaSi 2 Al 2 O 8 ), albita (NaAlSi 3 O 8 ), e microclina (KAlSi 3 O 8 ) Em condições ambientais, os átomos de alumínio e silício no cristal estão ligados a quatro átomos de oxigênio, cada um, formando AlO 4 e SiO 4 tetraedro.
"O comportamento dos feldspatos sob pressão e temperatura crescentes foi intensamente investigado antes, com respeito ao seu destino no interior da Terra, "explica Pakhomova." Os feldspatos são conhecidos por serem estáveis apenas a pressões de até 3 gigapascais ao longo do perfil comum de pressão-temperatura da Terra, enquanto se decompõem em minerais mais densos em pressões mais altas. "3 gigapascais (GPa) são equivalentes a 30, 000 vezes a pressão atmosférica normal ao nível do mar. "Contudo, sob condições frias, os feldspatos podem persistir metaestável a pressões superiores a 3 GPa, ", acrescenta Pakhomova." Estudos anteriores de alta pressão estruturais de feldspatos em temperatura ambiente mostraram que a estrutura tetraédrica dos feldspatos é preservada em até 10 GPa. "
Os cientistas submeteram feldspatos comuns a pressões de até 27 GPa e analisaram sua estrutura na linha de luz de condições extremas P02.2 da fonte de luz de raios-X PETRA III do DESY e na Advanced Photon Source (APS) em Chicago. "Em pressões acima de 10 GPa, descobrimos novos polimorfos de anortita de alta pressão, albita e microclina, "relata Pakhomova." As transições de fase são induzidas por severas distorções geométricas de AlO 4 e SiO 4 tetraedro, que resulta nos átomos de alumínio e silício ganhando átomos vizinhos adicionais e também na formação de estruturas mais densas com base em poliedros onde um átomo de alumínio ou silício está ligado a quatro, cinco ou seis átomos de oxigênio. "
Para investigar a estabilidade das variantes descobertas de alta pressão de feldspatos em altas temperaturas e sua possível persistência no interior da Terra, os cientistas realizaram uma série de experimentos de alta pressão e alta temperatura no Bayerisches Geoinstitut. Descobriu-se que a variante de alta pressão da anortita persiste em temperaturas de até 600 graus Celsius a 15 GPa.
"Tais condições de pressão-temperatura podem ser encontradas na Terra nas zonas de subducção - regiões onde duas placas litosféricas colidem, um cavalgando sobre o outro, "explica Dubrovinsky." Em tais configurações geológicas, feldspatos são entregues no interior da Terra junto com outro material da crosta terrestre pela placa descendente. Nossos resultados indicam que em zonas de subducção fria, se a temperatura não subir acima de 600 graus, fases de alta pressão derivadas de feldspatos podem persistir em profundidades correspondentes ao manto superior da Terra. Isso poderia possivelmente influenciar a dinâmica e o destino das placas litosféricas subdutoras de frio e alterar as assinaturas sismológicas. "
