Si nous faisions un voyage de la surface de la Terre au centre, le point médian est à peu près à 1900 km de profondeur dans le manteau inférieur. Le manteau inférieur s'étend de 660 à 2900 km de profondeur et occupe 55% de notre planète en volume. La composition chimique du manteau inférieur est assez simple. Il a longtemps été décrit comme étant composé de 2 minéraux majeurs (~ 95%), à savoir la bridgmanite et la ferropériclase. Récemment, ce modèle a été directement remis en cause par un ensemble de découvertes dans le manteau inférieur.

"L'une des principales compositions du manteau inférieur, ferropériclase (Mg, Fe)O, se transforme en une structure de type pyrite lors de la rencontre de l'eau. Cette réaction chimique intrigante ne se produit que dans le manteau inférieur profond de la Terre qui est défini à des profondeurs comprises entre 1900 et 2900 km, " a déclaré Qingyang Hu de HPSTAR. " La réaction produit des phases dites excessives d'oxygène, ou simplement des superoxydes. Le manteau inférieur est oxydé en présence d'eau. lorsque tous les atomes d'oxygène d'un composé sont liés à des atomes de métal, ils sont appelés oxydes. Cependant, si un composé a des atomes d'oxygène appariés, comme la liaison oxygène-oxygène, il devient un superoxyde. Bien que le superoxyde soit rarement trouvé dans la nature, cela pourrait être courant dans le manteau inférieur profond de la Terre.

"Nous avons également trouvé que l'olivine et sa wadsleyite en phase haute pression, les minéraux dominants du manteau supérieur, se décomposer pour générer des superoxydes lors de la subduction dans le manteau profond avec de l'eau, " ajouté par Jin Liu de chez HPSTAR. Peu d'approches sont disponibles pour les scientifiques pour sonder la minéralogie du manteau inférieur, vu sa profondeur. "Nos expériences sont très difficiles. Nous saisissons des paramètres appropriés comme la pression, Température, et les minéraux de départ. Ensuite, nous avons étudié les sorties, y compris les réactions chimiques, nouveaux assemblages minéraux, et leurs profils de densité. Ces paramètres nous permettent de mieux contraindre la nature du manteau inférieur et son état d'oxydation. Contrairement au paradigme selon lequel le manteau inférieur est fortement réduit, nos résultats indiquent que le manteau inférieur profond est au moins localement oxydé partout où l'eau est présente."

Les membres de l'équipe ont procédé à des minéraux existant à la surface de la Terre, en les serrant entre deux morceaux d'enclumes de diamant pour générer environ 100, 000, 000 fois la pression atmosphérique au niveau de la mer, les chauffer à l'aide d'un laser infrarouge, avant d'analyser les échantillons à l'aide d'une batterie de sondes à rayons X et à électrons. Les expériences ont imité les conditions de pression-température extrêmes trouvées dans le manteau inférieur profond de la Terre.

Des expériences antérieures ont exploré un assemblage minéral sec en l'absence d'eau. Ces expériences ont rapporté que la bridgmanite (et/ou la post-bridgmanite) et la ferropériclase sont les minéraux les plus abondants et les plus stables dans tout le manteau inférieur. Cependant, quand l'eau est introduite, la ferropériclase serait partiellement oxydée en superoxyde dans les conditions profondes du manteau inférieur. Le superoxyde est vérifié pour rester en harmonie avec la bridgmanite et la post-bridgmanite.

Cette nouvelle chimie eau-manteau peut être étroitement liée au cycle de l'eau dans la Terre solide. Chaque année, des milliards de tonnes d'eau océanique tombent dans les profondeurs de la Terre aux limites des plaques tectoniques. Alors qu'une partie de l'eau revient via les volcans sous-marins et les bouches chaudes, certains vont profondément à l'intérieur de la Terre. "Nos expériences indiquent que l'eau profonde est une partie essentielle de la chimie du manteau. Le cycle de l'eau peut s'étendre au manteau inférieur profond où l'eau a un pouvoir d'oxydation extraordinaire, produisant du superoxyde fortement oxydé et libérant de l'hydrogène, " a suggéré le Dr Ho-kwang Mao de HPSTAR. " Le manteau inférieur peut être oxydé et réduit en même temps. "