Utilizando una cámara especial de alta presión, los científicos han descubierto dos nuevos óxidos de hierro en experimentos en la fuente de luz de rayos X de PETRA III y otras instalaciones de DESY. El descubrimiento apunta a una enorme fuente de oxígeno hasta ahora desconocida en el manto inferior de la Tierra.El equipo dirigido por la Dra. Elena Bykova de la Universidad de Bayreuth informa sus resultados en la revista científica Nature Communications.
Los óxidos de hierro en la naturaleza toman diferentes formas. "El óxido de hierro más común es la hematita, Fe2O3, que es el producto final de muchos procesos geológicos y la principal fuente de hierro para nuestra civilización", explica Bykova. Durante los últimos cinco añosSin embargo, los científicos han descubierto otros óxidos de hierro como Fe4O5, Fe5O6 y Fe13O19 que se forman a altas presiones y temperaturas. Investigando el comportamiento de la hematita y la magnetita Fe3O4, Bykova y sus colegas utilizaron una cámara de presión especial en la estación de medición de DESY paracondiciones extremas P02.2.
"En esta llamada celda de yunque de diamante, una muestra diminuta puede comprimirse entre dos diamantes a varios cientos de miles de veces la presión atmosférica, mientras que un láser alineado meticulosamente también puede calentar la muestra a través de los yunques de diamante transparentes a varios miles de grados Celsius,"explica el científico de DESY, Dr. Hanns-Peter Liermann, jefe de la estación de medición y coautor del artículo. Al mismo tiempo, el haz de rayos X excepcionalmente brillante y pequeño de PETRA III puede rastrear los cambios estructurales en la muestra.También se realizaron mediciones similares en el ESRF de la Fuente Europea de Radiación Sincrotrón en Francia y en la Fuente Avanzada de Fotones APS en los EE. UU.
Cuando los científicos aplicaron una presión de más de 67 gigapascales aproximadamente 670,000 veces la presión atmosférica estándar a sus muestras de hematita y la calentaron a más de 2400 grados Celsius, Fe2O3 se descompuso y formó Fe5O7, un óxido de hierro que no se ha vistoantes. Estas condiciones corresponden a aproximadamente 1500 kilómetros debajo de la superficie de la Tierra. A una presión aún mayor de 70 gigapascales, que corresponde a unos 1670 kilómetros debajo de la superficie, la magnetita se descompuso y se formó otro nuevo óxido de hierro, Fe25O32. La formación de ambos hasta ahoracompuestos desconocidos conducen a la liberación de oxígeno.
Aunque los óxidos de hierro normalmente no existen en la mayor parte del manto inferior de la Tierra, pueden transportarse allí a través de zonas de subducción, donde una placa tectónica se sumerge debajo de otra. La hematita y la magnetita son componentes principales de las llamadas formaciones de hierro en bandas BIF y piedras de hierro, enormes formaciones de rocas sedimentarias que se producen en todos los continentes. Estas formaciones pueden alcanzar hasta varios cientos de metros de espesor y cientos de kilómetros de longitud. Depositadas en los océanos del mundo hace aproximadamente dos mil millones de años, las formaciones de hierro en bandas forman parte del océanopiso y se reciclan en el interior de la Tierra por subducción a grandes profundidades, posiblemente extendiéndose a la región límite del núcleo-manto.
Como observó el equipo ahora, en condiciones que corresponden a la mitad de la hematita y la magnetita del manto inferior de la Tierra se descomponen liberando grandes cantidades de fluido rico en oxígeno ya que el oxígeno suele ser líquido en estas condiciones ". Estimamos que esta fuente hasta ahora proporcionóuna cantidad de oxígeno equivalente a ocho o diez veces la masa de oxígeno en la atmósfera ", dice Bykova." Eso es una sorpresa, y no está del todo claro qué sucede con el oxígeno allí abajo ".
El fluido rico en oxígeno podría oxidar localmente los materiales circundantes o pasar a la zona de transición, o incluso al manto superior. "Esto queda por explorar", dice el coautor Dr. Maxim Bykov, de la Universidad de Bayreuth ".Por ahora, solo podemos decir que hay una gran fuente de oxígeno en el manto que puede afectar significativamente los procesos geoquímicos al cambiar los estados de oxidación y movilizar elementos traza. Esto abrirá un nuevo campo de modelado ".
El descubrimiento de los nuevos óxidos de hierro, por lo tanto, no solo aumenta el conocimiento sobre las características fundamentales de estas sustancias, subraya Bykov. "Nuestro trabajo muestra que tal vez perdemos partes significativas de los procesos en la Tierra. Las losas subducidas aparentemente pueden producir cosas inesperadas.Los efectos sobre la dinámica global de la Tierra, incluidas las variaciones climáticas, deben investigarse ".
Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY es el principal centro acelerador alemán y uno de los principales del mundo. DESY es miembro de la Asociación Helmholtz y recibe su financiación del Ministerio Federal de Educación e Investigación BMBF de Alemania 90% y los estados federales alemanes de Hamburgo y Brandeburgo 10 por ciento .Desde sus ubicaciones en Hamburgo y Zeuthen, cerca de Berlín, DESY desarrolla, construye y opera aceleradores de partículas grandes, y los utiliza para investigar la estructura de la materia.La ciencia y la física de partículas es única en Europa.
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Materiales proporcionado por DISEÑO Deutsches Elektronen-Synchrotron . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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