Mineralogía de la Tierra Profunda previamente desconocida revelada
De estos tres minerales principales, dos minerales, bridgmanita y davemaoita, ambos poseen estructuras cristalinas similares a la perovskita. Esta estructura también es ampliamente conocida en física, química e ingeniería de materiales, ya que algunos materiales con una estructura similar a la perovskita han mostrado superconductividad.
A poca profundidad, los minerales con estructuras cristalinas similares a menudo se fusionan y se convierten en minerales únicos, generalmente en un ambiente de alta temperatura.
Sin embargo, a pesar de la similitud estructural, los estudios existentes han demostrado que la davemaoita rica en calcio y la bridgmanita rica en magnesio permanecen separadas en todo el manto inferior.
«¿Por qué la davemaoita y la bridgmanita no se fusionan en una sola a pesar de tener estructuras a escala atómica muy similares?» Sang-Heon Dan Shim, coautor de La naturaleza papel, dijo en un comunicado de prensa. «Se han hecho muchos intentos para encontrar condiciones en las que estos dos minerales se fusionen, pero la respuesta de los experimentos siempre ha sido dos minerales separados. Aquí es donde sentimos que necesitábamos algunas ideas nuevas y frescas en los experimentos».
El nuevo experimento brindó una oportunidad para que el grupo de investigación probara varias técnicas de calentamiento para comparar métodos.
En lugar de aumentar lentamente la temperatura en los experimentos convencionales de alta presión, aumentaron la temperatura muy rápidamente a la alta temperatura ligada al manto inferior, alcanzando 3000 a 3500 F en un segundo. La razón de esto fue que una vez que se forman dos minerales con una estructura de perovskita, les resulta muy difícil fusionarse incluso si entran en condiciones de temperatura en las que un solo mineral de perovskita debería ser estable.
Al calentar rápidamente las muestras a las temperaturas objetivo, Shim y su coautor Byeongkwan Ko pudieron evitar la formación de dos minerales estructurados con perovskita a baja temperatura. Una vez que alcanzaron la temperatura del manto inferior, monitorearon los minerales formados durante 15 a 30 minutos usando haces de rayos X. Descubrieron que se estaba formando un solo mineral de perovskita, algo inesperado en comparación con experiencias anteriores. También notaron que a temperaturas suficientemente altas por encima de los 3500 F, la davemaoita y la bridgmanita se convierten en un solo mineral en la estructura similar a la perovskita.
«Se pensó que una gran diferencia de tamaño entre el calcio y el magnesio, los principales cationes de la davemaoita y la bridgmanita, respectivamente, debería evitar que estos dos minerales se fusionen», dijo Ko. «Pero nuestro estudio muestra que pueden superar esa diferencia». en ambientes calurosos».
Los experimentos sugieren que el manto inferior más profundo con una temperatura suficientemente alta debería tener una mineralogía diferente a la del manto inferior más superficial. Debido a que el manto era mucho más cálido cuando comenzó la Tierra, los nuevos hallazgos del grupo indican que la mayor parte del manto inferior tenía entonces un solo mineral con estructura de perovskita, lo que significa que la mineralogía difería del manto inferior actual.
Esta nueva observación tiene una serie de impactos en nuestra comprensión de la tierra profunda. Muchas observaciones sísmicas han demostrado que las propiedades del manto inferior más profundo son diferentes de las del manto inferior menos profundo. Los cambios serían paulatinos. La fusión de bridgmanita y davemaoita resultó ser gradual en los experimentos del grupo de investigación.
Además, las propiedades de una roca con tres minerales principales, bridgmanita, ferropericlasa y davemaoita, no se correlacionan bien con las propiedades del manto inferior más profundo. Ko y sus compañeros de trabajo predicen que estos problemas no resueltos pueden explicarse por una fusión de bridgmanita y davemaoita en un nuevo mineral único con una estructura de perovskita.
