Προσομοιώσεις υπολογιστή αποκάλυψαν μια νέα ένωση μαγγανίου που θα μπορούσε να υπάρχει βαθιά στον μανδύα της Γης και ίσως συνδέεται με τη διαδικασία που έδωσε οξυγόνο στην ατμόσφαιρά μας.
Της Karmela Padavic-Callaghan
Κάτω από την επιφάνεια της Γης, είναι πιθανό να υπάρχουν ασυνήθιστες ενώσεις.
Βαθιά κάτω από τα πόδια μας, το μαγγάνιο ίσως υπάρχει σε μια μορφή που δεν έχουμε ξαναδεί. Αυτή η υπόγεια πηγή του μετάλλου θα μπορούσε να έχει παίξει ρόλο στην ιστορία του πώς η Γη απέκτησε το οξυγόνο της.
Μέχρι πριν από περίπου 2 δισεκατομμύρια χρόνια, η ατμόσφαιρα της Γης περιείχε ελάχιστο οξυγόνο. Τότε ήρθε το Μεγάλο Γεγονός Οξυγόνωσης (GOE), όταν το οξυγόνο που παρήγαγαν οι μικροοργανισμοί με φωτοσύνθεση άρχισε να συσσωρεύεται, ευνοώντας την ανάπτυξη πιο ποικίλων μορφών ζωής και αλλάζοντας τον πλανήτη.
Το μαγγάνιο θεωρείται κρίσιμο συστατικό σε μια πρώιμη εκδοχή της φωτοσύνθεσης, πριν εξελιχθεί η σημερινή οδός παραγωγής οξυγόνου. Στον φλοιό της Γης, το μαγγάνιο απαντάται συνήθως σε ορυκτά που περιέχουν οξυγόνο και τα οποία άρχισαν να συσσωρεύονται περίπου την ίδια περίοδο με το GOE.
Σύμφωνα με τον Jingming Shi από το Jiangsu Normal University στην Κίνα, μέρος αυτού του μεταλλεύματος μπορεί να προήλθε από μια μέχρι τώρα άγνωστη ένωση μαγγανίου βαθιά στο υπέδαφος, κρυμμένη στον μανδύα της Γης.
Πολλά οξείδια του μαγγανίου είναι γνωστό ότι υπάρχουν σε κανονική πίεση, όμως ο Shi και οι συνεργάτες του θέλησαν να εξετάσουν ποια από αυτά μπορεί να είναι σταθερά υπό τις ακραίες πιέσεις και θερμοκρασίες στο εσωτερικό του πλανήτη. Χρησιμοποίησαν προσομοίωση υπολογιστή για να μελετήσουν πώς χιλιάδες διαφορετικές διατάξεις ατόμων μαγγανίου και οξυγόνου θα συμπεριφέρονταν σε πιέσεις έως και 1,5 εκατομμύριο φορές μεγαλύτερες από την ατμοσφαιρική, αντίστοιχες με συνθήκες περίπου 2900 χιλιόμετρα κάτω από την επιφάνεια της Γης.
Η τελευταία επιστημονική ενημέρωση για όσα είναι νέα στην έρευνα και γιατί έχουν σημασία κάθε μέρα.
Αυτό οδήγησε την ομάδα σε αρκετές νέες ενώσεις, μεταξύ των οποίων μία που έχει τέσσερα άτομα μαγγανίου για κάθε άτομο οξυγόνου, κάτι ασυνήθιστα πλούσιο σε μέταλλο. «Δεν περιμέναμε απαραίτητα ότι ένα τόσο πλούσιο σε μαγγάνιο οξείδιο θα ήταν σταθερό σε τόσο μεγάλο εύρος πιέσεων. Αυτό ήταν το πιο ενδιαφέρον και απρόσμενο εύρημα», λέει ο Shi.
Παρότι η ομάδα δεν έχει άμεση απόδειξη ότι η νέα ένωση υπάρχει στον μανδύα της Γης, οι ιδιότητές της θα μπορούσαν εν μέρει να εξηγήσουν γιατί τα σεισμικά κύματα κινούνται ασυνήθιστα αργά σε ορισμένες περιοχές όπου συναντώνται ο μανδύας και ο πυρήνας του πλανήτη μας. Αυτό εγείρει το ενδεχόμενο ότι ορισμένα πολύ πλούσια σε μαγγάνιο τμήματα στο εσωτερικό της Γης έχουν περάσει απαρατήρητα στις μελέτες για το πώς κινήθηκε στο παρελθόν το μαγγάνιο, λέει ο Shi.
Η νέα ένωση μαγγανίου θα μπορούσε εύλογα να έχει μεταφερθεί από το εσωτερικό της Γης στον πυθμένα αρχαίων ωκεανών, εξηγώντας εν μέρει γιατί εμφανίστηκε τόσο πολύ μετάλλευμα μαγγανίου κατά τη διάρκεια του GOE, λέει ο Timothy Lyons από το University of California, Riverside. «Είναι ένα δυνητικά σημαντικό κομμάτι του κύκλου του μαγγανίου, ενός στοιχείου με ευρεία σημασία από την πρώιμη εξέλιξη της ζωής έως τη σύγχρονη παραγωγή χάλυβα και μπαταριών και την ανθρώπινη υγεία», λέει.
«Ένας λόγος που αυτή η εργασία είναι ενδιαφέρουσα είναι ότι η υψηλή πίεση μπορεί να σταθεροποιήσει ενώσεις που κανονικά δεν θα υπήρχαν κοντά στην επιφάνεια της Γης. Υπό ακραία συμπίεση, τα άτομα δεσμεύονται διαφορετικά και τα υλικά μπορούν να υιοθετήσουν ασυνήθιστες κρυσταλλικές δομές και καταστάσεις οξείδωσης», λέει η Caroline Peacock από το University of Leeds στη Βρετανία.
Ωστόσο, χρειάζονται πολύ περισσότερα στοιχεία για να εξαχθούν ασφαλή συμπεράσματα για τα οξείδια του μαγγανίου στο εσωτερικό της Γης, σύμφωνα με την ίδια. Η Peacock λέει ότι οι συσχετίσεις που έκανε η ομάδα με σεισμικά δεδομένα, τις κινήσεις των μετάλλων μέσα στον μανδύα και ακόμη και το GOE είναι ενδιαφέρουσες, αλλά παραμένουν αρκετά υποθετικές.
Συνεπώς, ο Shi και οι συνεργάτες του ελπίζουν κάποια στιγμή να μελετήσουν το νέο οξείδιο του μαγγανίου σε πειράματα όπου ένα ειδικό όργανο από διαμάντια θα μπορεί να το συμπιέσει σε πολύ υψηλές πιέσεις, προσομοιώνοντας συνθήκες του βαθιού εσωτερικού της Γης.
Physical Review B DOI: 10.1103/85kd-vnbt
