Ontdekking van het binnenlandse aardmineraal, Davemaoite (CaSiO3-perovskiet) op het aardoppervlak

Het mineraal Davemaoiet (CaSiO3-perovskiet, het op twee na meest voorkomende mineraal in de onderste mantellaag van de aarde ) is voor het eerst aan het aardoppervlak ontdekt . ​​Het werd gevonden ingesloten in een diamant. Perovskiet komt van nature ALLEEN voor in de onderste mantellaag van de aarde onder extreem hoge temperaturen en drukken. Deze eerste ontdekking van een mineraal uit de aardmantel in de natuur is belangrijk voor de geologie, omdat het bijdraagt ​​aan een beter begrip van de dynamiek in de diepe aarde.

Perovskiet is een mineraal dat bestaat uit calciumtitaniumoxide (CaTiO₃ ₎ . Elk ander mineraal met een vergelijkbare kristalstructuur wordt ook een perovskiet genoemd. Dit maakt perovskiet tot een klasse verbindingen met hetzelfde type kristalstructuur als CaTiO₃ ₍ perovskietstructuur).

Calciumsilicaatperovskiet (CaSiO₃ _{- perovskiet of CaPv) is een belangrijk mineraal omdat het het op} ^twee na meest voorkomende mineraal is (7% van het volume) in de onderste mantellaag van het binnenste van de aarde en een belangrijke rol speelt in de warmtedynamiek van het binnenste van de aarde . Ter vergelijking: van de drie aardlagen beslaat de mantellaag, tussen de dichte, superhete kern en de dunne buitenste korstlaag, 84% van het totale aardvolume, terwijl de onderste mantellaag alleen al 55% van de aarde uitmaakt en zich uitstrekt van 670 tot 2900 km diepte. De onderstaande tabel geeft een overzicht van de plaats van perovskiet in het binnenste van de aarde.

Tabel: Plaats van perovskietrijke laag in het binnenste van de aarde  

Perovskieten spelen, samen met andere mineralen in de mantel, een cruciale rol in de dynamiek van de diepe aarde , met name in de warmteoverdracht van de kern naar het aardoppervlak, ook wel mantelconvectie genoemd. Ondanks de overvloed en het belang ervan is perovskiet nog nooit uit de onderste mantellaag gewonnen, omdat het zijn structuur verliest wanneer het uit de hoge drukomstandigheden wordt verwijderd.

Onderzoekers hebben nu de ontdekking gemeld van calciumsilicaatperovskiet als insluitsel in een diamant in een natuurlijk monster. De diamant werd tientallen jaren geleden gevonden in de Orapa-mijn in Botswana en in 1987 gekocht door een mineraloog uit de VS. Het onderzoeksteam bestudeerde de diamant al enkele jaren op de aanwezigheid van ingesloten mineralen uit de diepe aarde .

Het onderzoeksteam onder leiding van Oliver Tschauner gebruikte synchrotron-röntgendiffractie om de interne structuur te bestuderen van de oneindig kleine donkere vlekjes in een diamant waarvan men dacht dat het perovskiet uit de onderste mantellaag betrof. Ze slaagden erin definitief bewijs te vinden voor de aanwezigheid van structureel behouden kubisch CaSiO3-perovskiet in die diamant ².

Verdere structurele en chemische studies wezen uit dat het mineraal grote hoeveelheden ingesloten kalium bevatte, wat impliceert dat deze perovskiet drie van de belangrijkste warmteproducerende elementen (uranium en thorium waren al bekend) kon bevatten die de warmteontwikkeling in het binnenste van de aarde beïnvloeden . Ze noemden het mineraal "davemaoïet" (naar geofysicus Ho-kwang "Dave" Mao) en het werd erkend als een nieuw natuurlijk mineraal. De onderzoekers denken dat het mineraal afkomstig is uit de onderste mantellaag, op een diepte van 650 tot 900 km onder het aardoppervlak ^3,4.

Verrassend genoeg werd in 2018 de ontdekking van CaSiO₃ _- perovskiet gemeld in een diepgelegen diamant uit Zuid-Afrika, maar het onderzoeksteam claimde geen officiële ontdekking van een nieuw ^mineraal⁵.

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:  

1. 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 

2. 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 

3. 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 

4. 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  

5. 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  

***