Het mineraal Davemaoiet (CaSiO3-perovskiet, het derde meest voorkomende mineraal in de onderste mantellaag van het binnenste van de aarde) is voor het eerst op het aardoppervlak ontdekt. Het werd gevonden gevangen in een diamant. Perovskiet komt van nature ALLEEN voor in de onderste mantellaag van het binnenste van de aarde onder extreem hoge temperatuur- en drukomstandigheden. Deze allereerste ontdekking van binnenaardse mineralen in de natuur is belangrijk voor de geologie voor een beter begrip van de dynamiek van de diepe aarde.
Perovskiet is een mineraal dat bestaat uit calciumtitaanoxide (CaTiO3). Elk ander mineraal met een vergelijkbare kristalstructuur wordt een perovskiet genoemd. Dit maakt perovskiet een klasse van verbindingen die dezelfde soort kristalstructuur hebben als CaTiO3 (perovskietstructuur).
Calciumsilicaat perovskiet (CaSiO3-perovskiet of CaPv) is een belangrijk mineraal omdat het het derde meest voorkomende mineraal is1 (7 vol%) in de onderste mantellaag van De aarde interieur en speelt een belangrijke rol in de warmtedynamiek van De aarde 's interieur. Om de zaken in perspectief te plaatsen, van de drie lagen van de aarde, vormt de mantellaag, tussen de dichte oververhitte kern en de dunne buitenste korstlaag, 84% van het totale volume van de aarde, terwijl de onderste mantellaag alleen al 55 procent van het totale volume van de aarde uitmaakt. De aarde en strekt zich uit van 670 tot 2900 km diep. De onderstaande tabel geeft een momentopname van de plaats van perovskiet in het binnenste van de aarde.
Tabel: Plaats van perovskietrijke laag in het binnenste van de aarde
| Diepte (van oppervlak tot kern) | laag van de aarde | Temperatuur zone(s) | Samenstelling en staat |
| 0-100 km | Korst | ||
| 100-670 km | Buitenmantel (Bovenmantel) | 200 °C tot 900 °C | bijna uitsluitend vast, kan slechts zeer langzaam stromen, gemaakt van gesteente, ongeveer 55% olivijn en 35% pyroxeen, en 5 tot 10% calciumoxide en aluminiumoxide. |
| 670 –2900 km | Binnenmantel (Onderste mantel) | 1650 °C tot 2350 °C | voornamelijk samengesteld uit drie mineralen - bridgmanite, ferropericlase en calciumsilicaat perovskiet (CaSiO3-perovskiet). Rotsen van de mantel hebben plasticiteit, zodat ze kruipen als reactie op temperatuur en druk. Mantelconvectie is het fenomeen van opwaartse beweging van mantelmateriaal dat warmte van de kern naar het oppervlak overdraagt. |
| 2900 - 5100 km | buitenste kern: | 2204 °C tot 4982 °C | gemaakt van vloeibare metalen |
| 5100 - 6378 km | Binnenste kern | 4,982 ° C | gemaakt van solide metalen |
Perovskieten spelen samen met andere mineralen in de mantellaag een sleutelrol in de dynamiek van diepe aarde met warmteoverdracht van de kern naar het oppervlak, mantelconvectie genoemd. Ondanks zijn overvloed en belang is perovskiet nooit teruggevonden uit de onderste mantellaag, omdat het zijn structuur verliest wanneer het uit zijn hogedrukomstandigheden wordt verwijderd.
Onderzoekers hebben nu de ontdekking gerapporteerd van calciumsilicaatperovskiet als een diamantopname in een natuurlijk monster. De diamant werd tientallen jaren geleden gevonden in de Orapa-mijn, Botswana en werd in 1987 gekocht door een mineraloog uit de VS. Het team van onderzoekers had de diamant al een paar jaar bestudeerd op eventuele ingesloten diepgewortelde mineralen.
Het onderzoeksteam onder leiding van Oliver Tschauner gebruikte synchrotron-röntgendiffractie om de interne structuur van de oneindig kleine donkere stippen te bestuderen in een diamant waarvan wordt aangenomen dat het perovskiet is uit de onderste mantellaag en kon definitief bewijs vinden van structureel bewaard gebleven kubieke CaSiO3-perovskiet daar2.
Verdere structurele en chemische studies gaven aan dat het mineraal grote hoeveelheden vastgehouden kalium bevatte, wat inhoudt dat dit perovskiet drie van de belangrijkste warmteproducerende elementen kon bevatten (uranium en thorium waren voorheen bekend) die de warmteontwikkeling in het binnenste van de aarde beïnvloeden. Ze noemden het mineraal "davemaoite" (naar geofysicus Ho-kwang "Dave" Mao) dat werd goedgekeurd als een nieuw natuurlijk mineraal. De onderzoekers denken dat het mineraal afkomstig kan zijn van een lagere mantellaag tussen 650 en 900 km diep onder het aardoppervlak 3,4.
Verrassend genoeg CaSiO3 Er werd gemeld dat perovskiet in 2018 werd ontdekt in een diepgewortelde diamant uit Zuid-Afrika, maar het onderzoeksteam had geen officiële ontdekking van een nieuw mineraal geclaimd 5.
Deze ontdekking, in combinatie met verdere ontdekkingen van meer mineralen in de toekomst, zou het begrip van de evolutie van de aardmantel moeten verrijken.
***
Referenties:
- Zhang Z., c.s. 2021. Thermische geleidbaarheid van CaSiO3 perovskiet bij lagere mantelomstandigheden. Physical Review B. Volume 104, Issue 18 – 1. Gepubliceerd op 4 november 2021. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.104.184101
- Fei, Y. 2021. Perovskiet teruggevonden uit de onderste mantel, Science. Gepubliceerd 11 november 2021. Vol 374, uitgave 6569 pp. 820-821. Wetenschap (2021). DOI: https://doi.org/10.1126/science.abm4742
- Tschauner, O. c.s.. Ontdekking van davemaoiet, CaSiO3-perovskiet, als mineraal uit de onderste mantel. Wetenschap. 11 november 2021. Vol 374, uitgave 6569 blz. 891-894. DOI: https://doi.org/10.1126/science.abl8568
- Universiteit van Nevada 2021. Nieuws - Onderzoek in het kort: het allereerste binnenaardse mineraal ontdekt in de natuur. [Geplaatst op 15 november 2021. Online beschikbaar op https://www.unlv.edu/news/release/research-brief-first-ever-interior-earth-mineral-discovered-nature
- Nestola, F., Korolev, N., Kopylova, M. c.s.. CaSiO3-perovskiet in diamant duidt op de recycling van oceanische korst in de onderste mantel. Natuur 555, 237-241 (2018). https://doi.org/10.1038/nature25972
***
