Subductie van waterhoudende materialen heeft grote invloed op de structuur, dynamiek, en evolutie van onze planeet. Echter, het is grotendeels onduidelijk hoe subductieplaten chemisch interageren met de middelste mantel. Onlangs, een zuurstofovermaat fase (Mg, Fe)2O3+δ werd ontdekt onder omstandigheden die vergelijkbaar zijn met de middelste mantel van de aarde (~1000-2000 km) door een team van wetenschappers van het Center of High Pressure Science and Technology Advanced Research (HPSTAR) en Stanford University.

Deze fase van zuurstofoverschot is volledig herstelbaar naar omgevingsomstandigheden voor ex-situ onderzoek met behulp van transmissie-elektronenmicroscopie. Het bevat ferri-ijzer zoals in hematiet (Fe ₂ O ₃ ), de meest geoxideerde vorm van ijzer op het aardoppervlak, maar deze nieuwe fase bevat meer zuurstof dan hematiet door interacties tussen zuurstofatomen. De eigenaardige aard van zuurstof in deze nieuwe fase kan onze kijk op de mantel-redoxchemie herzien.

"We gebruikten laboratoriumtechnieken om de omstandigheden diep in de aarde te simuleren en ontdekten dat er een zuurstofoverschot ontstond toen waterhoudende minerale assemblages (bijv. ferropericlase vermengd met bruciet) werden blootgesteld aan laserverwarming bij een druk van meer dan 40 miljoen keer de atmosferische druk op het aardoppervlak", zei Dr. Jin Liu van HPTAR. "De vorming van deze nieuwe fase levert sterk bewijs dat water werkt als een sterk oxidatiemiddel onder hoge druk."

"Deze fase zou naast de waterstofhoudende FeO .-fase van het pyriettype kunnen bestaan ₂ onder diepe mantelomstandigheden, terwijl de twee fasen verschillend zijn in de kristalchemie, "voegde Dr. Qingyang Hu van HPSTAR toe. "In tegenstelling tot de vorming van de pyrietachtige fase die zich gewoonlijk vormt in een diepe lagere mantel en een grote hoeveelheid water vereist, deze fase met een teveel aan zuurstof kan worden gevormd met een matige hoeveelheid water bij mid-mantelomstandigheden. De flexibele formatieomstandigheden maken het mogelijk een meer wijdverspreide fase op diepten van meer dan 1000 km in de aardmantel, bijna 2/3 van de mantel in beslag nemen." deze fase van zuurstofoverschot kan naast de belangrijkste mantelmineralen bestaan, bridgmaniet en ferroperiklaas, onder de lagere mantelomstandigheden van de aarde.

"De wijdverbreide aanwezigheid van de zuurstof-overmaat fase maakt het en andere met zuurstof verrijkte oxiden een belangrijk onderwerp voor het volledige scala van toekomstige geochemie en minerale fysica studies, " stelde Dr. Ho-kwang Mao voor, directeur van HPSTAR. "Opmerkelijk, deze nieuwe fase is blusbaar. Eigenlijk, de meeste verbindingen die zijn gesynthetiseerd onder de lagere mantelomstandigheden en die terug kunnen worden afgeschrikt naar omgevingscondities zijn ontdekt en genoemd als mineralen zoals bridgmanite (Mg, Fe)SiO ₃ en seifertiet SiO ₂ . Vandaar, dit biedt een kans om naar deze fase van zuurstofoverschot in de natuur te zoeken als diamantinsluitsels of meteorietschokproducten."

De kristalstructuur van deze fase van zuurstofovermaat kan een structuurprototype vertegenwoordigen dat ruimte biedt aan andere componenten die in de aarde voorkomen (bijv. Al, Ca, Ti, en Ni). Tegelijkertijd, de kanaalruimte in deze fase van zuurstofovermaat zou een grote flexibiliteit kunnen bieden, niet alleen voor overtollige zuurstof, maar ook voor andere vluchtige stoffen (bijv. N, S, F, en Kl). Gezien de structurele veelzijdigheid, de nieuwe fase zou in geologische tijd een belangrijke vluchtige drager kunnen zijn in de diepe mantel. Belangrijker, samen met overtollige Fe ₃ ⁺ van de oorspronkelijke ondermantel, die materialen met een teveel aan zuurstof kunnen op de lange termijn de ondiepe mantel en de korst hebben geoxideerd, die fundamenteel is voor de evolutie en bewoonbaarheid van het complexe leven op het aardoppervlak.

Deze resultaten suggereren dat de zuurstofoverschotfase zuurstofoverschotreservoirs kan vergemakkelijken uit gehydrateerde plaatresten op diepten van meer dan 1000 km. Oceanische korsten in het midden van de mantel kunnen dus de opkomst van zuurstof in de atmosfeer van de aarde en de wereldwijde bewoonbaarheid diep reguleren, zoals ondiep gerecycleerde vloeistoffen. Dergelijke intrigerende chemie van diepe zuurstof werpt licht op chemische en dynamische modellen van mantelplaatresten, evenals de interactie en co-evolutie van het binnenste en het oppervlak van de aarde.