Uppgötvun á innra jarðefni, Davemaoite (CaSiO3-perovskite) á yfirborði jarðar

Steinefnið Davemaoite (CaSiO3-perovskite, þriðja algengasta steinefnið í neðra möttullagi Jarðarinnar innan) hefur fundist á yfirborði Jörð í fyrsta skipti. Hann fannst fastur inni í demant. Perovskít er náttúrulega AÐEINS að finna í neðra möttullagi innanverðs Jörð við mjög háan hita og þrýsting. Þessi fyrsta uppgötvun innanhúss jörð steinefni í náttúrunni er mikilvægt fyrir jarðfræðina til að fá betri skilning á gangverki djúpsins Jörð.  

Perovskite er steinefni sem samanstendur af kalsíumtítanoxíði (CaTiO₃). Öll önnur steinefni með svipaða kristalbyggingu kallast peróskít. Þetta gerir peróskít að flokki efnasambanda sem hafa sömu tegund kristalbyggingar og CaTiO₃ (perovskite uppbygging).    

Kalsíum-silíkat peróskít (CaSiO₃-perovskít eða CaPv) er mikilvægt steinefni vegna þess að það er þriðja algengasta steinefnið¹ (7% miðað við rúmmál) í neðra möttullaginu af Jarðarinnar innri og gegnir mikilvægu hlutverki í hita gangverki Jarðarinnar innri. Til að setja hlutina í samhengi, af þremur lögum af Jörð, möttullagið, á milli þétts ofhitaðs kjarna og þunns ytra skorpulags, er 84% af Jarðarinnar heildarrúmmál á meðan neðra möttullagið eitt og sér samanstendur af 55 prósentum af Jörð og nær frá 670 og 2900 km dýpi. Taflan hér að neðan gefur mynd af stað perovskíts í Jarðarinnar inni.  

Tafla: Staður peróskítaríks lags í innri jörðu  

Perovskites ásamt öðrum steinefnum í möttullaginu gegna lykilhlutverki í gangverki djúpsins jörð felur í sér varmaflutning frá kjarna í átt að yfirborði, sem kallast möttulsvörn. Þrátt fyrir gnægð þess og mikilvægi hefur peróskít aldrei verið sótt úr neðra möttullaginu, vegna þess að það missir uppbyggingu sína þegar það er fjarlægt úr háþrýstiskilyrðum.  

Vísindamenn hafa nú greint frá uppgötvun af kalsíumsílíkatperóskíti sem demantur í náttúrulegu sýni. Demantinn fannst í Orapa námu í Botsvana fyrir áratugum og var keyptur af steinefnafræðingi frá Bandaríkjunum árið 1987. Hópur vísindamanna hafði rannsakað demantan í nokkur ár með tilliti til hvers kyns fangaðs djúps.Jörð steinefni.  

Rannsóknarteymið undir forystu Oliver Tschauner notaði synchrotron röntgengeislun til að rannsaka innri byggingu óendanlega litlu dökku blettanna í demanti sem talið er að sé peróskít úr neðra möttullaginu og tókst að finna endanlegar vísbendingar um byggingarlega varðveitt kubískt CaSiO3-peróskít. þar².  

Frekari byggingar- og efnafræðilegar rannsóknir bentu til þess að steinefnið væri með miklu magni kalíums sem innihélt sem gefur til kynna að þetta peróskít gæti hýst þrjú af helstu hitaframleiðandi frumefnum (úran og tórium voru áður þekkt) sem hafa áhrif á hitamyndun í Jarðarinnar innri. Þeir nefndu steinefnið „davemaoite“ (eftir jarðeðlisfræðingnum Ho-kwang „Dave“ Mao) sem var samþykkt sem nýtt náttúrulegt steinefni. Rannsakendur telja að steinefnið gæti verið upprunnið úr neðra möttullagi á milli 650 og 900 km dýpi undir yfirborði jarðar ^3,4. 

Furðu, CaSiO₃ Tilkynnt var að peróskít hefði fundist í djúpum jarðar demanti frá Suður-Afríku árið 2018, en rannsóknarhópurinn hafði ekki krafist opinberrar uppgötvunhttps://www.scientificeuropean.co.uk/sciences/biology/discovery-of-nitrogen-fixing-cell-organelle-nitroplast-in-a-eukaryotic-algae/ af nýju steinefni ⁵. 

Þessi uppgötvun, ásamt frekari uppgötvunum á fleiri steinefnum í framtíðinni, ætti að auðga skilning á þróun möttuls jarðar.  

***

Tilvísanir:  

1. Zhang Z., et al 2021. Varmaleiðni CaSiO₃ peróskít við lægri möttulskilyrði. Physical Review B. Volume 104, Issue 18 – 1. Birt 4. nóvember 2021. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.104.184101 

2. Fei, Y. 2021. Perovskite sótt úr neðri möttlinum, Vísindi. Birt 11. nóvember 2021. Vol 374, Issue 6569 bls. 820-821. Vísindi (2021). DOI: https://doi.org/10.1126/science.abm4742 

3. Tschauner, O. et al. Uppgötvun davemaoite, CaSiO3-perovskite, sem steinefni úr neðri möttlinum. Vísindi. 11. nóvember 2021. 374. árgangur, 6569. bls. 891-894. DOI: https://doi.org/10.1126/science.abl8568 

4. Háskólinn í Nevada 2021. Fréttir – Rannsóknir í stuttu máli: Fyrstu jarðefni sem fannst í náttúrunni. [Send 15. nóvember 2021. Aðgengilegt á netinu á https://www.unlv.edu/news/release/research-brief-first-ever-interior-earth-mineral-discovered-nature  

5. Nestola, F., Korolev, N., Kopylova, M. et al. CaSiO3 peróskít í demanti gefur til kynna endurvinnslu sjávarskorpu í neðri möttulinn. Náttúra 555, 237–241 (2018). https://doi.org/10.1038/nature25972  

***