Diep onder het aardoppervlak ligt een dikke rotslaag die de mantel wordt genoemd, die het grootste deel van het volume van onze planeet uitmaken. Hoewel de aardmantel te diep is voor mensen om direct waar te nemen, bepaalde meteorieten kunnen aanwijzingen geven voor deze onbereikbare laag.

In een recent gepubliceerd onderzoek in wetenschappelijke vooruitgang , een internationaal team van wetenschappers, waaronder Sang-Heon Dan Shim en Thomas Sharp van de Arizona State University (ASU), hebben een complexe analyse voltooid van een "geshockeerde meteoriet" (een die hogedruk- en hoge temperatuuromstandigheden heeft ervaren door impactgebeurtenissen) en nieuw inzicht gekregen in de lagere mantel van de aarde.

Suizhou:een geschokte meteoriet

Geschokte meteorieten hebben veel voorbeelden gegeven van diepe mantelmineralen sinds 1969, toen het hogedrukmineraal Ringwoodiet werd ontdekt.

Voor deze studie is hoofdauteur Luca Bindi van de Universiteit van Florence (Italië), Shim en Sharp van ASU's School of Earth and Space Exploration en Xiande Xie van het Guangzhou Institute of Geochemistry (China), richtten hun inspanningen op een monster van een geschokte meteoriet genaamd Suizhou.

"Suizhou was een ideale meteoriet voor ons team om te analyseren, " legt Shim uit, die gespecialiseerd is in het gebruik van hogedrukexperimenten om de aardmantel te bestuderen. "Het voorzag ons team van monsters van natuurlijke hogedrukmineralen zoals die waarvan wordt aangenomen dat ze de diepe mantel van de aarde vormen."

Suizhou viel in 1986 in de provincie Hubei in China. Onmiddellijk na de val van deze meteoriet, een groep wetenschappers kon monsters vinden en verzamelen. "Het was een waargenomen val, " legt Scherp uit, die gespecialiseerd is in het bestuderen van geschokte meteorieten om schokken en impact in het zonnestelsel te begrijpen. "Dus het heeft geen chemische verwering op aarde ondergaan en daarom is er geen verandering van het ijzer.

Bridgmanite:het dominante materiaal in de onderste mantel

Het Suizhou-meteorietmonster dat de onderzoekers voor dit onderzoek hebben gebruikt, bevat een specifiek silicaat dat 'bridgmanite' wordt genoemd. Dit silicaat wordt beschouwd als het dominante materiaal in de onderste mantel van de aarde en vormt ongeveer 38 volumeprocent van onze planeet. Het werd voor het eerst ontdekt in de geschokte meteoriet Tenham in 2014.

Hoewel eerder werd gedacht dat ijzermetaal voornamelijk in de kern van de aarde bestond, ongeveer 15 jaar geleden ontdekten wetenschappers in het laboratorium dat ijzer in bridgmanite zelfoxidatie kan ondergaan, waaruit het metallisch ijzer kan produceren.

Dit proces, een chemische reactie genaamd "lading disproportionering, " is waar atomen elektronen onderling herverdelen en twee of drie kationvormen produceren met verschillende oxidatietoestanden (in dit geval, sommige Fe(II)-ionen in bridgmanite worden omgezet in Fe(III) en Fe(0), waarvan de laatste metallisch ijzer vormt).

De vraag bleef, echter, als dit proces daadwerkelijk in de natuur zou kunnen plaatsvinden.

Met behulp van hoge resolutie elektronenmicroscoop beeldvorming en spectroscopie, de onderzoekers waren in staat om een ​​reeks complexe analyses van het Suizhou-meteorietmonster op nanometerschaal uit te voeren.

Door deze analyses het onderzoeksteam ontdekte metallische ijzeren nanodeeltjes die naast bridgmanite bestonden in het geschokte meteorietmonster, wat het eerste directe bewijs in de natuur is van de ijzerdisproportioneringsreactie, die tot nu toe alleen waren waargenomen in experimenten met hoge druk.

"Deze ontdekking toont aan dat disproportionering van de lading kan optreden in natuurlijke omgevingen met hoge druk en daarom in het diepe binnenste van de aarde, ' zegt Shim.

De implicaties van deze studie, echter, ga verder dan alleen deze ontdekking, en kan ons uiteindelijk helpen de grotere vraag te begrijpen hoe de aarde zelf werd geoxideerd.

Hoewel we weten dat de bovenmantel van de aarde meer oxideert dan andere planeten en dat de meer oxiderende omstandigheden van de bovenmantel mogelijk verband houden met de plotselinge stijging van zuurstof in de atmosfeer 2,5 miljard jaar geleden, we weten nog niet hoe de bovenste mantel van de aarde meer oxiderend werd.

"Het is mogelijk dat wanneer materialen van de onderste mantel door convectie naar de bovenste mantel worden getransporteerd, er zou een verlies van metallisch ijzer zijn en het geoxideerde ijzer in bridgmanite zou meer oxiderende omstandigheden in de bovenmantel veroorzaken, ' zegt Shim.

"Onze ontdekking biedt een mogelijke verklaring voor de meer oxiderende omstandigheden van de bovenste mantel van de aarde en ondersteunt het idee dat diepe inwendige processen mogelijk hebben bijgedragen aan de grote zuurstofvoorziening op het oppervlak."