Reservoarer av syrerikt järn mellan jordens kärna och mantel kunde ha spelat en stor roll i jordens historia, inklusive upplösningen av superkontinenter, drastiska förändringar i jordens atmosfäriska sammansättning, och skapandet av liv, enligt färskt arbete från ett internationellt forskarlag publicerat i National Science Review .

Teamet – som inkluderar forskare från Carnegie, Stanford University, Center for High Pressure Science and Technology Advanced Research i Kina, och University of Chicago – undersökte kemin av järn och vatten under de extrema temperaturerna och trycken från jordens kärna-mantel gräns.

När plattektonikens verkan drar vattenhaltiga mineraler ner tillräckligt djupt för att möta jordens järnkärna, de extrema förhållandena gör att järnet tar tag i syreatomer från vattenmolekylerna och frigör väteatomerna. Vätgas kommer ut till ytan, men syret fastnar i kristallin järndioxid, som bara kan existera under sådana intensiva tryck och temperaturer.

Genom att använda teoretiska beräkningar såväl som laboratorieexperiment för att återskapa miljön för gränsen mellan kärnan och manteln, teamet fastställde att järndioxid kan skapas med hjälp av en laseruppvärmd diamantstädcell för att sätta material under mellan cirka 950 och 1 miljon gånger normalt atmosfärstryck och mer än 3, 500 grader Fahrenheit.

"Baserat på vår kunskap om den kemiska sammansättningen av plattorna som dras in i jordens djupa inre av plattektonik, vi tror att 300 miljoner ton vatten skulle kunna transporteras ner för att möta järn i kärnan och generera massiva järndioxidstenar varje år, " sa huvudförfattaren Ho-kwang "Dave" Mao.

Dessa extremt syrerika fasta bergarter kan ackumuleras stadigt år för år ovanför kärnan, växer till gigantiska, kontinentliknande storlekar. En geologisk händelse som värmde upp dessa järndioxidbergarter kan orsaka ett massivt utbrott, plötsligt släpper ut mycket syre till ytan.

Författarna antar att en sådan syreexplosion kan föra in en enorm mängd av gasen i jordens atmosfär - tillräckligt för att orsaka den så kallade stora syresättningshändelsen, som inträffade för cirka 2,5 miljarder år sedan och skapade vår syrerika atmosfär, förhållanden som kickstartade ökningen av det syreberoende livet som vi känner det.

"Denna nyupptäckta reaktion med hög temperatur och högt tryck påverkar geokemin från det djupa inre till atmosfären", sa Mao. "Många tidigare teorier måste omprövas nu.