Nieuw onderzoek naar zuurstof- en ijzerchemie onder de extreme omstandigheden die diep in de aarde worden gevonden, zou een al lang bestaand seismisch mysterie kunnen verklaren dat ultralage snelheidszones wordt genoemd. Gepubliceerd in Natuur , de bevindingen kunnen verstrekkende gevolgen hebben voor ons begrip van de geologische geschiedenis van de aarde, inclusief levensveranderende gebeurtenissen zoals de Great Oxygenation Event, die 2,4 miljard jaar geleden plaatsvond.

Zittend op de grens tussen de onderste mantel en de kern, 1, 800 mijl onder het aardoppervlak, ultralage snelheidszones (UVZ) zijn bij wetenschappers bekend vanwege hun ongebruikelijke seismische handtekeningen. Hoewel dit gebied veel te diep is voor onderzoekers om ooit direct te kunnen observeren, instrumenten die de voortplanting van seismische golven, veroorzaakt door aardbevingen, kunnen meten, stellen hen in staat veranderingen in de interne structuur van de aarde te visualiseren; vergelijkbaar met hoe ultrasone metingen medische professionals in ons lichaam laten kijken.

Deze seismische metingen stelden wetenschappers in staat om deze ultralage snelheidszones in sommige regio's langs de kern-mantelgrens te visualiseren, door de vertraging van seismische golven die er doorheen gaan te observeren. Maar wetende dat UVZ's bestaan, verklaarde niet wat ze veroorzaakten.

Echter, recente bevindingen over ijzer- en zuurstofchemie onder diep-aardse omstandigheden bieden een antwoord op dit al lang bestaande mysterie.

Het blijkt dat water in sommige mineralen die door plaattektonische activiteit de aarde in worden getrokken, kan, onder extreme druk en temperaturen, opgesplitst - waterstof vrijmaken en de resterende zuurstof in staat stellen te combineren met ijzermetaal uit de kern om een ​​nieuw hogedrukmineraal te creëren, ijzerperoxide.

Onder leiding van Carnegie's Ho-kwang "Dave" Mao, het onderzoeksteam gelooft dat maar liefst 300 miljoen ton water elk jaar naar het binnenste van de aarde kan worden getransporteerd en diepe, enorme reservoirs van ijzerdioxide, wat de bron zou kunnen zijn van de ultralage snelheidszones die seismische golven op de kern-mantelgrens vertragen.

Om dit idee te testen, het team gebruikte geavanceerde hulpmiddelen van het Argonne National Laboratory om de voortplanting van seismische golven te onderzoeken door monsters van ijzerperoxide die werden gecreëerd onder druk- en temperatuuromstandigheden die op de aarde lijken, met behulp van een laserverwarmde diamanten aambeeldcel. Ze ontdekten dat een mengsel van normaal mantelgesteente met 40 tot 50 procent ijzerperoxide dezelfde seismische signatuur had als de raadselachtige ultralage snelheidszones.

Voor het onderzoeksteam een van de meest opwindende aspecten van deze bevinding is het potentieel van een zuurstofreservoir diep in het binnenste van de planeet, die, indien periodiek vrijgelaten aan het aardoppervlak, de vroege atmosfeer van de aarde aanzienlijk zou kunnen veranderen, mogelijk een verklaring voor de dramatische toename van zuurstof in de lucht die ongeveer 2,4 miljard jaar geleden plaatsvond volgens het geologische record.

"Het vinden van het bestaan ​​van een gigantisch intern zuurstofreservoir heeft veel verstrekkende implicaties, Mao legde uit. "Nu moeten we de gevolgen van sporadische zuurstofuitbarstingen en hun correlaties met andere belangrijke gebeurtenissen in de geschiedenis van de aarde heroverwegen, zoals de bandijzerformatie, sneeuwbal aarde, massale uitstervingen, vloedbasalt, en supercontinent kloven."