Dans les expériences à haute pression, les scientifiques ont découvert de nouvelles formes du feldspath minéral commun. A des températures modérées, ces variantes jusqu'ici inconnues sont stables aux pressions du manteau supérieur de la Terre, où le feldspath commun ne peut normalement pas exister. La découverte pourrait changer la vue au niveau des plaques de subduction froides et l'interprétation des signatures sismologiques, comme l'équipe autour de la scientifique de DESY Anna Pakhomova et Leonid Dubrovinsky du Bayerisches Geoinstitut à Bayreuth rapportent dans le journal Communication Nature .

Les feldspaths représentent un groupe de minéraux formant des roches qui sont très abondants sur Terre et représentent environ 60 pour cent de la croûte terrestre. Les feldspaths les plus courants sont l'anorthite, (CaSi 2 Al 2 O 8 ), albite (NaAlSi 3 O 8 ), et microcline (KAlSi 3 O 8 ). Aux conditions ambiantes, les atomes d'aluminium et de silicium dans le cristal sont liés chacun à quatre atomes d'oxygène, formant AlO 4 et SiO 4 tétraèdres.

"Le comportement des feldspaths sous une pression et une température croissantes a été intensivement étudié auparavant, en ce qui concerne leur sort à l'intérieur de la Terre, " explique Pakhomova. " Les feldspaths sont connus pour n'être stables qu'à des pressions allant jusqu'à 3 gigapascals le long du profil pression-température commun de la Terre, tandis qu'ils se décomposent en minéraux plus denses à des pressions plus élevées." 3 gigapascals (GPa) équivalent à 30, 000 fois la pression atmosphérique normale au niveau de la mer. "Toutefois, dans des conditions froides, les feldspaths peuvent persister de manière métastable à des pressions supérieures à 3 GPa, " ajoute Pakhomova. "Des études structurelles antérieures à haute pression de feldspaths à température ambiante ont montré que la charpente tétraédrique des feldspaths est préservée jusqu'à 10 GPa."

Les scientifiques ont soumis des feldspaths communs à des pressions allant jusqu'à 27 GPa et ont analysé leur structure à la ligne de faisceau des conditions extrêmes P02.2 de la source lumineuse à rayons X PETRA III de DESY et à la source avancée de photons (APS) à Chicago. "A des pressions supérieures à 10 GPa, nous avons découvert de nouveaux polymorphes à haute pression d'anorthite, albite et microcline, " rapporte Pakhomova. " Les transitions de phase sont induites par de sévères distorsions géométriques d'AlO 4 et SiO 4 tétraèdres, qui se traduisent par l'apport d'atomes d'aluminium et de silicium supplémentaires aux atomes voisins et également par la formation de charpentes plus denses à base de polyèdres où un atome d'aluminium ou de silicium est lié à quatre, cinq ou six atomes d'oxygène."

Pour étudier la stabilité des variantes à haute pression découvertes des feldspaths à haute température et leur persistance possible à l'intérieur de la Terre, les scientifiques ont effectué une série d'expériences à haute pression et haute température au Bayerisches Geoinstitut. Il s'est avéré que la variante à haute pression de l'anorthite persiste à des températures allant jusqu'à 600 degrés Celsius à 15 GPa.

"De telles conditions pression-température pourraient être trouvées sur Terre dans les zones de subductions, des régions où deux plaques lithosphériques entrent en collision, l'un chevauchant l'autre, " explique Dubrovinsky. " Dans de tels contextes géologiques, les feldspaths sont livrés à l'intérieur de la Terre avec d'autres matériaux crustaux par la plaque descendante. Nos résultats indiquent que dans les zones de subduction froide, si la température ne dépasse pas 600 degrés, des phases anticycloniques dérivées des feldspaths pourraient persister à des profondeurs correspondant au manteau supérieur de la Terre. Cela pourrait éventuellement influencer la dynamique et le devenir des plaques lithosphériques froides en subduction et altérer les signatures sismologiques. »