La subduction des matériaux hydratés impose une grande influence sur la structure, dynamique, et l'évolution de notre planète. Cependant, on ne sait pas très bien comment les dalles de subduction interagissent chimiquement avec le manteau moyen. Récemment, une phase d'excès d'oxygène (Mg, Fe)2O3+δ a été découvert dans des conditions similaires au manteau moyen de la Terre (~1000-2000 km) par une équipe de scientifiques du Center of High Pressure Science and Technology Advanced Research (HPSTAR) et de l'Université de Stanford.

Cette phase d'excès d'oxygène est entièrement récupérable dans les conditions ambiantes pour une enquête ex-situ en utilisant la microscopie électronique à transmission. Il contient du fer ferrique comme dans l'hématite (Fe 2 O 3 ) qui est la forme de fer la plus oxydée à la surface de la Terre, mais cette nouvelle phase contient plus d'oxygène que l'hématite grâce aux interactions entre les atomes d'oxygène. La nature particulière de l'oxygène dans cette nouvelle phase peut modifier notre point de vue sur la chimie redox du manteau.

"Nous avons utilisé des techniques de laboratoire pour simuler les conditions profondes à l'intérieur de la Terre et avons découvert qu'une phase d'excès d'oxygène a émergé lorsque des assemblages minéraux hydratés (par exemple, ferropériclase mélangée à de la brucite) ont été exposés à un chauffage laser à des pressions supérieures à 40 millions de fois la pression atmosphérique à la surface de la Terre », a déclaré le Dr Jin Liu de HPTAR. « La formation de cette nouvelle phase fournit des preuves solides que l'eau agit comme un oxydant puissant. à haute pression."

"Cette phase pourrait coexister avec la phase de type pyrite contenant de l'hydrogène FeO 2 dans des conditions de manteau profond, alors que les deux phases sont distinctes en cristallochimie, " a ajouté le Dr Qingyang Hu de HPSTAR. " Contrairement à la formation de la phase de type pyrite qui se forme généralement dans le manteau inférieur profond et nécessite une grande quantité d'eau, cette phase d'excès d'oxygène peut être formée avec une quantité modérée d'eau dans des conditions de milieu du manteau. Les conditions de formation flexibles en font potentiellement une phase plus étendue à des profondeurs supérieures à 1000 km dans le manteau terrestre, occupant près des 2/3 du manteau. cette phase d'excès d'oxygène peut coexister avec les principaux minéraux du manteau, bridgmanite et ferropériclase, dans les conditions du manteau inférieur de la Terre.

"La présence généralisée de la phase d'excès d'oxygène en fait, ainsi que d'autres oxydes enrichis en oxygène, un sujet important pour toute la gamme des futures études de géochimie et de physique minérale, " suggéra le Dr Ho-kwang Mao, directeur de HPSTAR. "Remarquablement, cette nouvelle phase est désaltérable. En réalité, la plupart des composés synthétisés dans les conditions du manteau inférieur et trempant dans les conditions ambiantes ont été découverts et nommés comme des minéraux tels que la bridgmanite (Mg, Fe)SiO 3 et seifertite SiO 2 . D'où, cela présente une opportunité de rechercher cette phase d'excès d'oxygène dans la nature sous forme d'inclusions de diamant ou de produits de choc météoritique."

La structure cristalline de cette phase d'excès d'oxygène peut représenter un prototype de structure qui s'adaptera à d'autres composants abondants sur Terre (par exemple Al, Californie, Ti, et Ni). À la fois, l'espace du canal dans cette phase d'excès d'oxygène pourrait offrir une grande flexibilité non seulement pour l'excès d'oxygène, mais aussi pour d'autres volatiles (par exemple N, S, F, et Cl). Compte tenu de sa polyvalence structurelle, la nouvelle phase pourrait être un important vecteur volatil dans le manteau profond au cours des temps géologiques. Plus important, avec l'excès de Fe 3 ⁺ du manteau inférieur primordial, ces matériaux en excès d'oxygène peuvent avoir à long terme oxydé le manteau peu profond et la croûte, qui est fondamental pour l'évolution et l'habitabilité de la vie complexe à la surface de la Terre.

Ces résultats suggèrent que la phase d'excès d'oxygène peut faciliter les réservoirs d'excès d'oxygène à partir de restes de plaques hydratées à des profondeurs supérieures à 1000 km. Les croûtes océaniques du milieu du manteau pourraient ainsi réguler en profondeur l'augmentation de l'oxygène dans l'atmosphère terrestre et l'habitabilité globale, comme des fluides peu recyclés. Une chimie aussi intrigante de l'oxygène profond met en lumière les modèles chimiques et dynamiques des restes de plaques du manteau ainsi que l'interaction et la coévolution de l'intérieur et de la surface de la Terre.