Dans les conditions particulières présentes au plus profond du manteau terrestre, les carbonates de fer peuvent jouer un rôle dans la formation des diamants, une équipe internationale de chercheurs ont trouvé.
Diamants extraits à des profondeurs d'environ 700 km. portent des inclusions qui contiennent des carbonates, fournissant la preuve directe que les carbonates existent à de telles profondeurs. Cependant, leur plage de stabilité, les structures cristallines et les conditions thermodynamiques du processus de décarbonatation ne sont pas bien comprises.
Les scientifiques – originaires de Russie, La France, Allemagne, L'Italie et les États-Unis - ont étudié ces carbonates en simulant les conditions particulières qui caractérisent le manteau profond de la Terre, comprenant:
Évidemment, la plupart des composés chimiques stables à la surface de la Terre ne peuvent exister dans des conditions aussi extrêmes.
Cependant, les scientifiques ont trouvé des valeurs aberrantes. Spécifiquement, leurs recherches ont révélé que dans ces conditions, des molécules de carbonate peuvent exister, et peut se réorganiser pour que le carbone porte un atome d'oxygène supplémentaire, formant une forme tétraédrique.
L'équipe a détecté pour la première fois deux nouveaux composés, y compris un soi-disant "tétracarbonate" qui a le potentiel de survivre profondément dans le manteau inférieur de la Terre.
Les résultats de leurs travaux indiquent que l'une des nouvelles structures cristallines est exceptionnellement stable et conserve sa structure dans les conditions présentes dans le manteau terrestre, à des profondeurs de 2, 500 km – près de l'endroit où le manteau rencontre le noyau terrestre.
Grâce au processus d'auto-oxydation, les carbonates peuvent rester préservés au plus profond du manteau terrestre, contribuant ainsi à la formation du diamant.
Chercheur Skoltech Leyla Ismailova, l'un des co-auteurs de l'étude, a déclaré:"Cette découverte peut nous permettre de mieux comprendre les réactions d'auto-oxydation sur Terre et le rôle que notre planète joue dans le cycle du carbone."
Pour simuler les conditions du manteau profond, l'équipe a généré des pressions et des températures élevées à l'aide de cellules à enclume de diamant chauffées au laser. Un très petit échantillon (10 à 15 microns) a été pressé entre une paire de diamants avec un faisceau laser focalisé sur eux. L'équipe a ensuite utilisé des rayons X synchrotron pour examiner le contenu et la structure des échantillons à l'European Synchrotron Radiation Facility (France) et à Advanced Photon Source (États-Unis). Dans les mêmes installations, à l'aide d'une spectroscopie synchrotron Mössbauer, ils ont pu mesurer de minuscules changements dans les niveaux d'énergie atomique de Fe, ce qui est crucial pour déterminer l'état de valence de nouveaux carbonates de fer à haute pression.
