Om vi ​​tog en resa från jordens yta till centrum, mittpunkten är ungefär på 1900 km djup i den nedre manteln. Den nedre manteln sträcker sig från 660 till 2900 km djup och upptar 55% av vår planet i volym. Den nedre mantelns kemiska sammansättning är ganska enkel. Det har länge varit avbildat som består av 2 stora mineraler (~ 95%), nämligen bridgmanit och ferroperiklas. Nyligen, denna modell utmanades direkt av en uppsättning upptäckter i den nedre manteln.

"En av de stora lägre mantelsammansättningarna, ferroperiklas (Mg, Fe) O, förvandlas till en struktur av pyrit-typ vid möte med vatten. Denna spännande kemiska reaktion inträffar bara vid jordens djupa nedre mantel som definieras på djup mellan 1900 och 2900 km, "sa Qingyang Hu från HPSTAR." Reaktionen ger så kallade syreöverdrivna faser, eller helt enkelt superoxider. Den nedre manteln oxideras i närvaro av vatten. "Generellt sett när alla syreatomer i en förening är bundna till metallatomer, de kallas oxider. Dock, om en förening har parade syreatomer, som syre-syrebindning, det blir en superoxid. Även om superoxid sällan finns i naturen, det kan vara vanligt i jordens djupa nedre mantel.

"Vi fann också att olivin och dess högtrycksfas wadsleyit, de dominerande mineralerna i övre manteln, sönderdelas för att generera superoxider vid subduktion ner i den djupa manteln med vatten, "tillagd av Jin Liu från på HPSTAR. Få metoder finns tillgängliga för forskare att undersöka den nedre mantelmineralogin, med tanke på dess djup. "Våra experiment är mycket utmanande. Vi matar in lämpliga parametrar som tryck, temperatur, och startmineraler. Sedan undersökte vi resultatet inklusive kemiska reaktioner, nya mineralsammansättningar, och deras densitetsprofiler. Dessa parametrar tillåter oss att bättre begränsa beskaffenheten hos den nedre manteln och dess oxidationstillstånd. I motsats till paradigmet att den nedre manteln är kraftigt reducerad, våra resultat indikerar att den djupa nedre manteln är åtminstone lokalt oxiderad var som helst vatten finns. "

Teammedlemmarna fortsatte med mineraler som finns på jordens yta, genom att klämma dem mellan två bitar av diamantstäd för att generera cirka 100, 000, 000 gånger atmosfärstrycket vid havsnivån, värmer dem med en infraröd laser, innan du analyserar proverna med ett batteri av röntgen- och elektronprober. Experimenten har efterliknat de extrema tryck-temperaturförhållanden som finns i jordens djupa nedre mantel.

Tidigare experiment undersökte en torr mineralmontering i frånvaro av vatten. Dessa experiment rapporterade att bridgmanit (och/eller post-bridgmanit) och ferroperiklas är de mest förekommande och stabila mineralerna i hela nedre manteln. Dock, när vatten införs, ferroperiklas skulle oxideras delvis till superoxid under de djupa nedre mantelbetingelserna. Superoxiden verifieras för att hålla harmoni med bridgmanit och post-bridgmanit.

Denna nya vattenmantelkemi kan vara nära kopplad till vattencykeln i den fasta jorden. Varje år, miljarder ton havsvatten faller i den djupa jorden vid tektoniska plattans gränser. Medan en del vatten återvänder via undervattensvulkaner och heta ventiler, vissa går djupt in i jordens inre. "Våra experiment indikerar att djupt vatten är en väsentlig del av mantelkemin. Vattencykeln kan sträcka sig till den djupa nedre manteln där vatten har en extraordinär oxidationskraft, producerar starkt oxiderad superoxid och frigör väte, "föreslog Dr Ho-kwang Mao från HPSTAR." Den nedre manteln kan oxideras och reduceras samtidigt. "