Mineralet Davemaoite (CaSiO3-perovskite, det tredje vanligaste mineralet i det nedre mantelskiktet av jordens interiör) har upptäckts på ytan av Jord för första gången. Den hittades instängd i en diamant. Perovskite finns naturligt ENDAST i det nedre mantelskiktet av det inre av Jord under extremt höga temperatur- och tryckförhållanden. Denna första upptäckt av interiör någonsin jord mineral i naturen är viktigt för geologin för bättre förståelse av djupdynamiken Jord.
Perovskite är ett mineral som består av kalciumtitanoxid (CaTiO3). Alla andra mineraler som har liknande kristallstruktur kallas perovskit. Detta gör perovskit till en klass av föreningar som har samma typ av kristallstruktur som CaTiO3 (perovskitstruktur).
Kalciumsilikatperovskit (CaSiO3-perovskite eller CaPv) är ett viktigt mineral eftersom det är det tredje mest förekommande mineralet1 (7 volymprocent) i det nedre mantelskiktet av jordens interiör och spelar en betydande roll i värmedynamiken hos jordens interiör. För att sätta saker i perspektiv, av de tre skikten av Jord, mantelskiktet, mellan tät överhettad kärna och tunt yttre skorpaskikt, utgör 84 % av jordens total volym medan det nedre mantelskiktet ensamt utgör 55 procent av Jord och sträcker sig från 670 och 2900 km på djupet. Tabellen nedan ger en ögonblicksbild av platsen för perovskite i jordens interiör.
Tabell: Plats för perovskitrika lager i jordens inre
Perovskiter tillsammans med andra mineraler i mantelskiktet spelar en nyckelroll i dynamiken i djupet jord involverar värmeöverföring från kärnan mot ytan, kallad mantelkonvektion. Trots dess överflöd och betydelse har perovskit aldrig hämtats från det nedre mantelskiktet, eftersom den förlorar sin struktur när den avlägsnas från sina högtrycksförhållanden.
Nu har forskare rapporterat Upptäckten kalciumsilikatperovskit som en diamantinkludering i ett naturligt prov. Diamanten hittades i Orapa-gruvan, Botswana för decennier sedan och köptes av en mineralog från USA 1987. Teamet av forskare hade undersökt diamanten i några år för att hitta alla instängda djup-Jord mineral.
Forskargruppen ledd av Oliver Tschauner använde synkrotronröntgendiffraktion för att studera den inre strukturen hos de oändligt små mörka fläckarna i en diamant som tros vara perovskit från det nedre mantelskiktet och kunde hitta definitiva bevis på strukturellt bevarad kubisk CaSiO3-perovskit där2.
Ytterligare strukturella och kemiska studier indikerade att mineralet hade stora mängder instängt kalium, vilket antyder att denna perovskit kunde vara värd för tre av de viktigaste värmeproducerande elementen (uran och torium var tidigare kända) som påverkar värmegenereringen i jordens interiör. De döpte mineralet till "davemaoite" (efter geofysikern Ho-kwang "Dave" Mao) som godkändes som ett nytt naturligt mineral. Forskarna tror att mineralet kan ha sitt ursprung i det lägre mantelskiktet mellan 650 och 900 km djupt under jordens yta 3,4.
Överraskande nog, CaSiO3 Perovskit rapporterades ha upptäckts i en djupjordsdiamant från Sydafrika 2018, men forskargruppen hade inte gjort anspråk på officiella upptäckthttps://www.scientificeuropean.co.uk/sciences/biology/discovery-of-nitrogen-fixing-cell-organelle-nitroplast-in-a-eukaryot-algae/ av ett nytt mineral 5.
Denna upptäckt, i samband med ytterligare upptäckter av fler mineraler i framtiden, borde berika förståelsen för utvecklingen av jordens mantel.
***
Referenser:
- Zhang Z., et al, 2021. Värmeledningsförmåga hos CaSiO3 perovskit vid lägre mantelförhållanden. Physical Review B. Volym 104, nummer 18 – 1. Publicerad 4 november 2021. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.104.184101
- Fei, Y. 2021. Perovskite hämtad från den nedre manteln, Science. Publicerad 11 nov 2021. Vol 374, nummer 6569 s. 820-821. Vetenskap (2021). DOI: https://doi.org/10.1126/science.abm4742
- Tschauner, O. et al,. Upptäckt av davemaoit, CaSiO3-perovskit, som ett mineral från den nedre manteln. Vetenskap. 11 nov 2021. Vol 374, nummer 6569 s. 891-894. DOI: https://doi.org/10.1126/science.abl8568
- University of Nevada 2021. Nyheter – Forskning i korthet: Första någonsin inre jordmineral upptäckt i naturen. [Upplagt 15 november 2021. Tillgänglig online på https://www.unlv.edu/news/release/research-brief-first-ever-interior-earth-mineral-discovered-nature
- Nestola, F., Korolev, N., Kopylova, M. et al,. CaSiO3-perovskit i diamant indikerar återvinning av oceanisk skorpa till den nedre manteln. Nature 555, 237–241 (2018). https://doi.org/10.1038/nature25972
***
