In profondità sotto la superficie terrestre si trova uno spesso strato roccioso chiamato mantello, che costituisce la maggior parte del volume del nostro pianeta. Sebbene il mantello terrestre sia troppo profondo per essere osservato direttamente dagli umani, alcuni meteoriti possono fornire indizi su questo strato irraggiungibile.

In uno studio recentemente pubblicato su Progressi scientifici , un team internazionale di scienziati, tra cui Sang-Heon Dan Shim e Thomas Sharp dell'Arizona State University (ASU), hanno completato una complessa analisi di un "meteorite scioccato" (che ha sperimentato condizioni di alta pressione e alta temperatura attraverso eventi di impatto) e ha acquisito nuove informazioni sul mantello inferiore della Terra.

Suizhou:un meteorite scioccato

I meteoriti sconvolti hanno fornito molti esempi di minerali del mantello profondo dal 1969, quando fu scoperto il minerale ad alta pressione Ringwoodite.

Per questo studio, autore principale Luca Bindi dell'Università di Firenze (Italia), Shim e Sharp della School of Earth and Space Exploration dell'ASU e Xiande Xie dell'Istituto di geochimica di Guangzhou (Cina), concentrarono i loro sforzi su un campione di un meteorite sconvolto chiamato Suizhou.

"Suizhou era un meteorite ideale da analizzare per il nostro team, " spiega Shim, specializzato nell'uso di esperimenti ad alta pressione per studiare il mantello terrestre. "Ha fornito al nostro team campioni di minerali naturali ad alta pressione come quelli che si ritiene costituiscano il mantello profondo della Terra".

Suizhou è caduta nel 1986 nella provincia di Hubei in Cina. Subito dopo la caduta di questo meteorite, un gruppo di scienziati è stato in grado di trovare e raccogliere campioni. "È stata una caduta osservata, " spiega Sharp, specializzato nello studio dei meteoriti sconvolti per comprendere lo shock e l'impatto nel sistema solare. "Quindi non ha subito alcuna alterazione chimica sulla Terra e quindi non c'è alterazione del ferro.

Bridgmanite:il materiale dominante nel mantello inferiore

Il campione di meteorite di Suizhou utilizzato dai ricercatori per questo studio contiene un silicato specifico chiamato "bridgmanite". Questo silicato è considerato il materiale dominante nel mantello inferiore della Terra e costituisce circa il 38% in volume del nostro pianeta. È stato scoperto per la prima volta nel meteorite scioccato Tenham nel 2014.

Mentre in precedenza si pensava che il metallo di ferro esistesse principalmente nel nucleo terrestre, circa 15 anni fa gli scienziati hanno scoperto in laboratorio che il ferro nella bridgmanite può subire un'autoossidazione dalla quale può produrre ferro metallico.

Questo processo, una reazione chimica chiamata "sproporzione di carica, "è dove gli atomi ridistribuiscono tra loro gli elettroni e producono due o tre cationi con diversi stati di ossidazione (in questo caso, alcuni ioni Fe(II) nella bridgmanite si convertono in Fe(III) e Fe(0), l'ultimo dei quali forma il ferro metallico).

La domanda è rimasta, però, se questo processo potesse effettivamente verificarsi in natura.

Utilizzando l'imaging e la spettroscopia al microscopio elettronico ad alta risoluzione, i ricercatori sono stati in grado di condurre una serie di analisi complesse del campione di meteorite di Suizhou su scala nanometrica.

Attraverso queste analisi, il team di ricerca ha scoperto nanoparticelle di ferro metallico coesistenti con bridgmanite nel campione di meteorite scioccato, rappresentando la prima prova diretta in natura della reazione di sproporzione del ferro, che finora era stato osservato solo in esperimenti ad alta pressione.

"Questa scoperta dimostra che la sproporzione di carica può verificarsi in ambienti naturali ad alta pressione e quindi nelle profondità interne della Terra, " dice Shim.

Le implicazioni di questo studio, però, andare oltre questa semplice scoperta, e alla fine potrebbe aiutarci a capire la domanda più grande su come la Terra stessa sia stata ossidata.

Mentre sappiamo che il mantello superiore della Terra è più ossidante di altri pianeti e che le condizioni più ossidanti del mantello superiore possono essere collegate all'improvviso aumento di ossigeno nell'atmosfera 2,5 miliardi di anni fa, non sappiamo ancora come il mantello superiore della Terra sia diventato più ossidante.

"È possibile che quando i materiali del mantello inferiore vengono trasportati al mantello superiore per convezione, ci sarebbe una perdita di ferro metallico e il ferro ossidato nella bridgmanite causerebbe condizioni più ossidanti nel mantello superiore, " dice Shim.

"La nostra scoperta fornisce una possibile spiegazione per le condizioni più ossidanti del mantello superiore della Terra e supporta l'idea che i processi interni profondi possano aver contribuito al grande evento di ossigenazione sulla superficie".