Bij hogedrukexperimenten wetenschappers hebben nieuwe vormen van het gewone minerale veldspaat ontdekt. Bij gematigde temperaturen, deze tot nu toe onbekende varianten zijn stabiel bij druk van de bovenmantel van de aarde, waar gewone veldspaat normaal niet kan bestaan. De ontdekking zou het zicht op koude subductieplaten en de interpretatie van seismologische handtekeningen kunnen veranderen, zoals het team rond DESY-wetenschapper Anna Pakhomova en Leonid Dubrovinsky van Bayerisches Geoinstitut in Bayreuth in het tijdschrift rapporteert Natuurcommunicatie .

Veldspaten vertegenwoordigen een groep gesteentevormende mineralen die zeer overvloedig op aarde voorkomen en ongeveer 60 procent van de aardkorst uitmaken. De meest voorkomende veldspaten zijn anorthiet, (CaSi ₂ Al ₂ O ₈ ), albiet (NaAlSi ₃ O ₈ ), en microcline (KAlSi ₃ O ₈ ). Bij omgevingsomstandigheden, de aluminium- en siliciumatomen in het kristal zijn elk gebonden aan vier zuurstofatomen, het vormen van AlO ₄ en SiO ₄ tetraëders.

"Het gedrag van veldspaat onder toenemende druk en temperatuur is al eerder intensief onderzocht, met respect voor hun lot in het binnenste van de aarde, " legt Pakhomova uit. "Het is bekend dat veldspaat alleen stabiel is bij drukken tot 3 gigapascal langs het gemeenschappelijke druk-temperatuurprofiel van de aarde, terwijl ze bij hogere druk uiteenvallen in dichtere mineralen." 3 gigapascal (GPa) is gelijk aan 30, 000 keer de normale luchtdruk op zeeniveau. "Echter, onder koude omstandigheden kunnen veldspaten metastabiel aanhouden bij drukken hoger dan 3 GPa, " voegt Pakhomova toe. "Eerdere structurele hogedrukstudies van veldspaat bij kamertemperatuur hebben aangetoond dat het tetraëdrische raamwerk van veldspaat bewaard blijft tot 10 GPa."

De wetenschappers onderwierpen veldspaat aan drukken tot 27 GPa en analyseerden hun structuur bij de Extreme Conditions Beamline P02.2 van DESY's röntgenlichtbron PETRA III en bij de Advanced Photon Source (APS) in Chicago. "Bij drukken boven 10 GPa, we hebben nieuwe hogedrukpolymorfen van anorthiet ontdekt, albiet en microklie, " meldt Pakhomova. "De faseovergangen worden veroorzaakt door ernstige geometrische vervormingen van AlO ₄ en SiO ₄ tetraëders, die ertoe leiden dat de aluminium- en siliciumatomen extra naburige atomen krijgen en ook in de vorming van dichtere raamwerken op basis van veelvlakken waarbij één aluminium- of siliciumatoom is gebonden aan vier, vijf of zes zuurstofatomen."

Om de stabiliteit van de ontdekte hogedrukvarianten van veldspaat bij hoge temperaturen en hun mogelijke persistentie in het binnenste van de aarde te onderzoeken, de wetenschappers voerden een reeks experimenten uit onder hoge druk en hoge temperaturen in het Bayerisches Geoinstitut. Het bleek dat de hogedrukvariant van anorthiet blijft bestaan ​​bij temperaturen tot 600 graden Celsius bij 15 GPa.

"Dergelijke druk-temperatuurcondities kunnen op aarde worden gevonden in de subductiezones - regio's waar twee lithosferische platen botsen, de een rijdt over de ander, " legt Dubrovinsky uit. "In dergelijke geologische omgevingen, veldspaten worden samen met ander aardkorstmateriaal door de dalende plaat in het binnenste van de aarde afgeleverd. Onze resultaten geven aan dat in koude subductiezones, als de temperatuur niet boven de 600 graden komt, hogedrukfasen afgeleid van veldspaat kunnen aanhouden op diepten die overeenkomen met de bovenmantel van de aarde. Dit zou mogelijk de dynamiek en het lot van koude subducterende lithosferische platen kunnen beïnvloeden en seismologische handtekeningen kunnen veranderen."