Djupt under jordens yta ligger ett tjockt stenigt lager som kallas manteln, som utgör majoriteten av vår planets volym. Medan jordens mantel är för djup för människor att observera direkt, vissa meteoriter kan ge ledtrådar till detta oåtkomliga lager.

I en studie som nyligen publicerades i Vetenskapens framsteg , ett internationellt team av forskare, inklusive Sang-Heon Dan Shim och Thomas Sharp från Arizona State University (ASU), har genomfört en komplex analys av en "chockad meteorit" (en som har upplevt högtrycks- och högtemperaturförhållanden genom nedslagshändelser) och fått ny insikt om jordens nedre mantel.

Suizhou:en chockad meteorit

Chockade meteoriter har gett många exempel på djupa mantelmineraler sedan 1969 när högtrycksmineral Ringwoodite upptäcktes.

För denna studie, huvudförfattare Luca Bindi vid universitetet i Florens (Italien), Shim and Sharp från ASU:s School of Earth and Space Exploration och Xiande Xie från Guangzhou Institute of Geochemistry (Kina), fokuserade sina ansträngningar på ett prov av en chockad meteorit som heter Suizhou.

"Suizhou var en idealisk meteorit för vårt team att analysera, " förklarar Shim, som är specialiserad på att använda högtrycksexperiment för att studera jordens mantel. "Det gav vårt team prover av naturliga högtrycksmineraler som de som tros utgöra jordens djupa mantel."

Suizhou föll 1986 i Hubei-provinsen i Kina. Omedelbart efter denna meteorits fall, en grupp forskare kunde hitta och samla prover. "Det var ett observerat fall, " förklarar Sharp, som är specialiserad på att studera chockade meteoriter för att förstå stötar och nedslag i solsystemet. "Så den drabbades inte av någon kemisk vittring på jorden och därför finns det ingen förändring av järnet.

Bridgmanit:Det dominerande materialet i den nedre manteln

Suizhou -meteoritprovet som forskarna använde för denna studie innehåller ett specifikt silikat som kallas "bridgmanit". Detta silikat anses vara det dominerande materialet i jordens nedre mantel och utgör cirka 38 volymprocent av vår planet. Den upptäcktes första gången i den chockade meteoriten Tenham 2014.

Medan man tidigare trodde att järnmetall huvudsakligen fanns i jordens kärna, för cirka 15 år sedan upptäckte forskare i labbet att järn i bridgmanit kan genomgå självoxidation från vilket det kan producera metalliskt järn.

Denna process, en kemisk reaktion som kallas "laddningsdisproportionering, "är där atomer återfördelar elektroner sinsemellan och producerar två eller tre katjonformer med olika oxidationstillstånd (i detta fall, några Fe (II) joner i bridgmanit konverterar till Fe (III) och Fe (0), den senare bildar metalliskt järn).

Frågan kvarstod, dock, om denna process faktiskt kunde inträffa i naturen.

Med hjälp av högupplöst elektronmikroskopbildning och spektroskopi, forskarna kunde utföra en uppsättning komplexa analyser av Suizhou-meteoritprovet i nanometerskala.

Genom dessa analyser, forskargruppen upptäckte metalliska nanopartiklar av järn som samexisterar med bridgmanit i det chockade meteoritprovet, representerar det första direkta beviset för järnproportioneringsreaktionen, som hittills endast hade observerats i högtrycksexperiment.

"Denna upptäckt visar att laddningsdisproportionering kan inträffa i naturliga högtrycksmiljöer och därför i jordens djupa inre, säger Shim.

Implikationerna av denna studie, dock, gå längre än bara denna upptäckt, och kan i slutändan hjälpa oss att förstå den större frågan om hur jorden själv oxiderades.

Medan vi vet att jordens övre mantel är mer oxiderande än andra planeter och att de mer oxiderande förhållandena i den övre manteln kan vara kopplad till den plötsliga ökningen av syre i atmosfären för 2,5 miljarder år sedan, vi vet ännu inte hur jordens övre mantel blev mer oxiderande.

"Det är möjligt att när material från den nedre manteln transporteras till den övre manteln genom konvektion, det skulle finnas en förlust av metalliskt järn och det oxiderade järnet i bridgmanit skulle orsaka mer oxiderande förhållanden i den övre manteln, säger Shim.

"Vår upptäckt ger en möjlig förklaring till de mer oxiderande förhållandena i jordens övre mantel och stödjer tanken att djupa inre processer kan ha bidragit till den stora syresättningshändelsen på ytan."