Todos os anos, bilhões de toneladas de água do oceano caem nas profundezas do manto inferior da Terra, onde tem um poder de oxidação extraordinário

Se fizermos uma viagem da superfície da Terra ao centro, o ponto intermediário localiza-se aproximadamente a 1.900 km (1.180 milhas) de profundidade no manto inferior. O manto inferior varia de 660 a 2.900 km (410 a 1.800 milhas) de profundidade e ocupa 55% do nosso planeta em volume. A composição química do manto inferior é bastante simples. Há muito que é descrito como sendo composto por 2 minerais principais (~95%), nomeadamente bridgmanite e ferropericlásio. Até recentemente, este modelo era diretamente desafiado por um conjunto de descobertas no manto inferior.

“Uma das principais composições do manto inferior, a ferropericlase (Mg,Fe)O, transforma-se em uma estrutura do tipo pirita ao encontrar a água. Esta reação química intrigante ocorre apenas no manto inferior profundo da Terra, que é definido em profundidades entre 1.900 e 2.900 km (1.180 e 1.800 milhas)”, disse Qingyang Hu da HPSTAR. “A reação produz as chamadas fases excessivas de oxigênio, ou simplesmente superóxidos. O manto inferior é oxidado na presença de água.” Geralmente, quando todos os átomos de oxigênio em um composto estão ligados a átomos metálicos, eles são chamados de óxidos. No entanto, se um composto tiver átomos de oxigênio emparelhados, como uma ligação oxigênio-oxigênio, ele se tornará um superóxido. Embora o superóxido seja raramente encontrado na natureza, pode ser comum no manto inferior profundo da Terra.

“Também descobrimos que a olivina e sua fase de alta pressão wadsleyita, os minerais dominantes no manto superior, se decompõem para gerar superóxidos quando subduzem para o manto profundo com água”, acrescentou Jin Liu da HPSTAR. Poucas abordagens estão disponíveis para os cientistas investigarem a mineralogia do manto inferior, dada a sua profundidade. “Nossos experimentos são muito desafiadores. Inserimos parâmetros apropriados como pressão, temperatura e minerais iniciais. Em seguida, investigamos os resultados, incluindo reações químicas, novas associações minerais e seus perfis de densidade. Esses parâmetros nos permitem restringir melhor a natureza do manto inferior e seu estado de oxidação.” Ao contrário do paradigma de que o manto inferior é altamente reduzido, nossos resultados indicam que o manto inferior profundo é oxidado pelo menos localmente onde quer que haja água.

Os membros da equipe procederam com os minerais existentes na superfície da Terra, espremendo-os entre dois pedaços de bigornas de diamante para gerar cerca de 100 milhões de vezes a pressão atmosférica ao nível do mar, aquecendo-os usando laser infravermelho, antes de analisar as amostras usando uma bateria de raios X. e sondas eletrônicas. As experiências imitaram as condições extremas de pressão e temperatura encontradas no manto inferior profundo da Terra.

Experimentos anteriores exploraram uma montagem mineral seca na ausência de água. Esses experimentos relataram que a bridgmanita (e/ou pós-bridgmanita) e a ferropericlase são os minerais mais abundantes e estáveis ​​em todo o manto inferior. No entanto, quando a água é introduzida, a ferropericlase seria parcialmente oxidada a superóxido nas condições profundas do manto inferior. Verifica-se que o superóxido permanece em harmonia com a bridgmanita e a pós-bridgmanita.

Esta nova química do manto de água pode estar intimamente ligada ao ciclo da água na Terra sólida. Todos os anos, milhares de milhões de toneladas de água oceânica caem nas profundezas da Terra, nos limites das placas tectónicas. Enquanto alguma água retorna através de vulcões subaquáticos e fontes quentes, outras penetram profundamente no interior da Terra. “Nossas experiências indicam que águas profundas são uma parte essencial da química do manto. O ciclo da água pode se estender até o manto inferior profundo, onde a água tem um poder de oxidação extraordinário, produzindo superóxido altamente oxidado e liberando hidrogênio”, sugeriu o Dr. Ho-kwang Mao da HPSTAR. “O manto inferior pode ser oxidado e reduzido ao mesmo tempo.”

Referência: “Mineralogia do manto inferior profundo na presença de H₂O” por Qingyang Hu, Jin Liu, Jiuhua Chen, Bingmin Yan, Yue Meng, Vitali B Prakapenka, Wendy L Mao e Ho-kwang Mao, 13 de maio de 2020, Revisão Nacional de Ciência.
DOI: 10.1093/nsr/nwaa098