Se facessimo un viaggio dalla superficie terrestre al centro, il punto intermedio è approssimativamente a 1900 km di profondità nel mantello inferiore. Il mantello inferiore va da 660 a 2900 km di profondità e occupa il 55% del nostro pianeta in volume. La composizione chimica del mantello inferiore è piuttosto semplice. È stato a lungo immaginato come composto da 2 minerali principali (~ 95%), vale a dire bridgmanite e ferropericlasio. Recentemente, questo modello è stato messo direttamente in discussione da una serie di scoperte nel mantello inferiore.

"Una delle principali composizioni del mantello inferiore, ferropericlasio (Mg, Fe) O, si trasforma in una struttura di tipo pirite quando incontra l'acqua. Questa intrigante reazione chimica si verifica solo nel profondo mantello inferiore della Terra che è definito in profondità tra 1900 e 2900 km, " ha detto Qingyang Hu di HPSTAR. "La reazione produce le cosiddette fasi di eccesso di ossigeno, o semplicemente superossidi. Il mantello inferiore si ossida in presenza di acqua." Generalmente, quando tutti gli atomi di ossigeno in un composto sono legati con atomi di metallo, sono chiamati ossidi. Però, se un composto ha atomi di ossigeno accoppiati, come il legame ossigeno-ossigeno, diventa un superossido. Sebbene il superossido si trovi raramente in natura, potrebbe essere comune nel mantello più profondo della Terra.

"Abbiamo anche scoperto che l'olivina e la sua wadsleyite in fase ad alta pressione, i minerali dominanti nel mantello superiore, si decompongono per generare superossidi quando si subduce nel mantello profondo con l'acqua, " aggiunto da Jin Liu di HPSTAR. Pochi approcci sono disponibili per gli scienziati per sondare la mineralogia del mantello inferiore, data la sua profondità. "I nostri esperimenti sono molto impegnativi. Inseriamo parametri appropriati come pressione, temperatura, e minerali di partenza. Quindi abbiamo studiato gli output, comprese le reazioni chimiche, nuovi assemblaggi minerali, e i loro profili di densità. Questi parametri ci permettono di vincolare meglio la natura del mantello inferiore e il suo stato di ossidazione. Contrariamente al paradigma che il mantello inferiore è molto ridotto, i nostri risultati indicano che il mantello inferiore profondo è ossidato almeno localmente ovunque sia presente l'acqua".

I membri del team hanno proceduto con i minerali esistenti sulla superficie terrestre, schiacciandoli tra due pezzi di incudine diamantate per generarne circa 100, 000, 000 volte la pressione atmosferica al livello del mare, riscaldandoli con un laser a infrarossi, prima di analizzare i campioni utilizzando una batteria di sonde a raggi X ed elettroni. Gli esperimenti hanno imitato le condizioni estreme di pressione e temperatura che si trovano nel profondo mantello inferiore della Terra.

Esperimenti precedenti hanno esplorato un assemblaggio minerale secco in assenza di acqua. Questi esperimenti hanno riportato che bridgmanite (e/o post-bridgmanite) e ferropericlasio sono i minerali più abbondanti e stabili in tutto il mantello inferiore. Però, quando viene introdotta l'acqua, il ferropericlasio verrebbe parzialmente ossidato a superossido nelle condizioni profonde del mantello inferiore. Si verifica che il superossido rimanga in armonia con la bridgmanite e la post-bridgmanite.

Questa nuova chimica del mantello d'acqua può essere strettamente collegata al ciclo dell'acqua nella Terra solida. Ogni anno, miliardi di tonnellate di acqua oceanica cadono nelle profondità della Terra ai confini delle placche tettoniche. Mentre un po' d'acqua ritorna attraverso vulcani sottomarini e bocche calde, alcuni vanno in profondità nell'interno della Terra. "I nostri esperimenti indicano che l'acqua profonda è una parte essenziale della chimica del mantello. Il ciclo dell'acqua può estendersi al mantello inferiore profondo dove l'acqua ha uno straordinario potere di ossidazione, producendo superossido altamente ossidato e rilasciando idrogeno, " ha suggerito il dottor Ho-kwang Mao di HPSTAR. "Il mantello inferiore può essere ossidato e ridotto allo stesso tempo".