Группа ученых обнаружила, что в недрах Земли на глубине 2900 километров есть условия для образования ранее неизвестного минерального вещества. По словам геологов, экстремально высокие давление и температура способствуют формированию богатого кальцием бриджманита. Согласно результатам исследования, опубликованного в журнале Nature, это полностью меняет взгляд на минералогию нижней мантии.
Считается, что нижняя мантия нашей планеты состоит из трех основных минеральных фаз: ферропериклаза (Mg,Fe)O и двух перовскитов — бриджманита (Mg,Fe)(Al,Si)O3 и давемаоита (CaTiO3). Перовскитами называют минеральные структуры, обладающие необычными свойствами, включая сверхпроводимость. На больших глубинах минералы с похожей кристаллической структурой сливаются, формируя новые минералы. Хотя ранее уже было показано, что в средах с высокой температурой и давлением давемаоита нет, он не может полностью раствориться в бриджманите.
Геологи подозревали, что при специфичных условиях давемаоит может полностью слиться с бриджманитом. На попытки найти эти условия было потрачено много времени и сил, но результаты экспериментов всегда давали две перовскитные фазы. В новой работе ученые исследовали растворимость давемаоита в бриджманите, содержащем железо и алюминий.
В итоге было обнаружено, что растворимость кальция в бриджманите резко возрастает при температуре около 2300 кельвинов и выше 40 гигапаскалей до уровня, достаточного для полного растворения всего минерала. Это приводит к исчезновению перовскита CaSiO3 на глубинах более 1,8 тыс. километров и появлению обогащенного кальция бриджманита. Ключевую роль в этом играет железо, повышая растворимость кальция.
В результате исследования ученые пришли к выводу, что что более глубокая нижняя мантия должна иметь минералогический состав, отличный от менее глубокой. Поскольку недра ранней Земли были намного теплее, большая часть нижней мантии содержала одну перовскитную фазу, и ее минералогия значительно отличалась от современной. Однако пока неизвестно, могло ли это повлиять на важные глобальные процессы, такие как тектоника плит или Великое кислородное событие 2,45 млрд лет назад.