⚡Скрытые запасы марганца могли помочь Земле получить кислород 💦💧
👥 Компьютерное моделирование выявило новое соединение марганца, которое может находиться глубоко в мантии Земли и быть связано с процессом, в результате которого наша атмосфера обогатилась кислородом 💦💧
👥 Глубоко под нашими ногами марганец может существовать в форме, которую мы никогда раньше не видели. Этот подземный источник металла мог сыграть свою роль в истории о том, как на Земле появился кислород.

Примерно 2 миллиарда лет назад в атмосфере Земли почти не было кислорода. Затем произошло Великое кислородное событие (ВКК), когда кислород, вырабатываемый фотосинтезирующими микроорганизмами, начал накапливаться, что способствовало развитию более разнообразных форм жизни и изменило планету.
Считается, что марганец был важнейшим компонентом на ранних этапах фотосинтеза, до того как появился широко распространенный сегодня путь образования кислорода. В земной коре марганец обычно содержится в кислородсодержащих рудах, которые начали накапливаться примерно в то же время, что и глобальные оледенения.

По мнению Цзинмина Ши из Педагогического университета Цзянсу в Китае, часть этой руды могла образоваться из ранее неизвестного соединения марганца, залегающего глубоко под землей, в мантии Земли.

Известно, что многие оксиды марганца существуют при стандартном давлении, но Ши и его коллеги решили выяснить, какие из них могут быть стабильными при экстремально высоких давлениях и температурах в недрах нашей планеты. С помощью компьютерного моделирования они изучили, как будут вести себя тысячи различных комбинаций атомов марганца и кислорода при давлении, в 1,5 миллиона раз превышающем атмосферное, что соответствует условиям на глубине около 2900 километров под поверхностью Земли.
Это привело к образованию нескольких новых соединений, в том числе одного, в котором на каждый атом кислорода приходится четыре атома марганца, что является необычно высоким содержанием металла. «Мы не ожидали, что оксид с высоким содержанием марганца будет стабилен в таком широком диапазоне давлений. Это было самое интересное и неожиданное открытие», — говорит Ши.

Хотя у ученых нет прямых доказательств того, что новое соединение существует в мантии Земли, его свойства могут отчасти объяснить, почему сейсмические волны распространяются необычно медленно в некоторых областях, где сходятся мантия и ядро нашей планеты. Это наводит на мысль, что некоторые участки недр Земли с высоким содержанием марганца могли остаться незамеченными при изучении его движения в прошлом, говорит Ши.

По словам Тимоти Лайонса из Калифорнийского университета в Риверсайде, новое соединение марганца могло попасть из недр Земли на дно древних океанов, что отчасти объясняет, почему во время Великого пермского вымирания образовалось так много марганцевой руды. «[Это] потенциально важный элемент марганцевого цикла, который играет огромную роль на всех этапах — от зарождения жизни до современного производства стали, аккумуляторов и в здравоохранении», — говорит он.
«Одна из причин, по которой эта работа представляет интерес, заключается в том, что высокое давление может стабилизировать соединения, которые в обычных условиях не встречаются на поверхности Земли. При экстремальном сжатии атомы связываются иначе, и материалы могут приобретать необычные кристаллические структуры и степени окисления», — говорит Кэролайн Пикок из Университета Лидса в Великобритании.

Однако, по ее мнению, для того, чтобы сделать какие-либо однозначные выводы об оксидах марганца в недрах Земли, требуется гораздо больше данных. Пикок говорит, что связь, которую команда установила между сейсмическими данными, движением металлов в мантии Земли и даже данными космического телескопа «Джеймс Уэбб», интригует, но все же остается довольно гипотетической.

Таким образом, Ши и его коллеги надеются в конечном итоге изучить новый оксид марганца в ходе экспериментов, в которых специальный инструмент из алмазов сможет сжать его до очень высокого давления, имитируя условия в недрах Земли.

Ссылка на журнал:Physical Review B DOI: 10.1103/85kd-vnbt
Темы: #геофизика / #физика

Автор: Кармела Падавич-Каллаган