Cientistas encontram um mineral há muito tempo procurado dentro de um diamante

 
Pela primeira vez, um mineral perovskita de silicato de cálcio (CaSiO3) formado sob alta pressão foi identificado como uma ocorrência mineral natural do manto inferior. Esse mineral, previsto teoricamente de constituir parte importante do manto terrestre, nunca havia antes sido observado fora de um laboratório (condições artificiais de alta pressão), já que necessita de altíssimas pressão e temperatura para se manter estável, condições naturais encontradas, por exemplo, no manto inferior (660-2700 km abaixo da superfície terrestre). O achado, descrito em um estudo publicado na Science (Ref.1), termina uma busca de décadas por esse mineral, o qual é crucial para esclarecer não apenas a estrutura de camadas mais internas da Terra como também as dinâmicas de calor nessas regiões.

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Silicato de cálcio perovskita é, em teoria, a fase geoquímica mais importe do manto inferior, porque possui a capacidade de concentrar elementos que são incompatíveis no manto superior, incluindo os elementos geradores de calor (via decaimento radioativo de isótopos) tório e urânio, os quais possuem meia-vidas mais longas do que a história geológica da Terra. Apesar de teorizado por décadas, ninguém havia conseguido recuperar com sucesso um silicato em fase de alta pressão do manto inferior, primariamente devido ao fato de que essa formação cristalina não consegue reter sua estrutura mineralógica após ser removida de um ambiente de alta pressão e temperatura. A única outra fase de alta pressão para um mineral silicato confirmada na natureza, bridgmanita, foi encontrada dentro de um meteorito altamente compactado.

No novo estudo, através da técnica de difração por raio-X síncrotron (!), os pesquisadores identificaram e caracterizaram cristais de silicato de cálcio perovskita preservados como inclusões dentro de um diamante formado no manto inferior. O diamante "hospedeiro", com uma forma octaédrica e esverdeado, foi escavado décadas atrás, na República de Botsuana, país no sul da África, na mina Orapa (a maior mina aberta de diamantes do mundo). Em 1987, um negociante de minerais vendeu o diamante para George Rossman, um mineralogista do Instituto de Tecnologia da Califórnia, em Pasadena (Ref.2). Rossman e colaboradores começaram a estudá-lo há vários anos como parte de uma investigação visando minerais aprisionados em diamantes formados em camadas profundas da Terra. 

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As análises com raios-X - realizadas no laboratório Advanced Photon Source, em Lemont, Illinois -, além de ajudarem a confirmar o tão procurado cristal, também indicaram que o silicato de cálcio perovskita hospeda potássio (K) na sua estrutura, em adição a urânio (U) e ao tório (Th). Esses três elementos (U, K, Th) representam três dos principais elementos geradores de calor no manto. Os achados suportam a existência de heterogeneidade composicional dentro do manto inferior e, considerando a abundância geral desse mineral nessa região (5-7% do conteúdo total), sugerem que o silicato de cálcio perovskita provavelmente influencia de forma crucial na geração de calor nas camadas mais profundas do manto - energia térmica que participa, por exemplo, de ciclos de calor entre o manto e a crosta terrestre, alimentando processos como as placas tectônicas.

O perovskita de silicato de cálcio descrito foi oficialmente reconhecido pela Associação Mineralógica Internacional, e nomeado davemaoita, em homenagem ao cientista Ho-kwang 'Dave' Mao, pioneiro em descobertas no campo da geoquímica e da geofísica de alta pressão.

Previamente à nova descoberta, em 2018, os mesmos autores conduzindo o novo estudo descreveram inclusões de gelo-VII preservadas em diamantes, uma forma cristalina cúbica de gelo que se forma quando água líquida é aprisionada e sujeita a pressões extremamente altas (no caso, entre 410 e 660 km de profundidade, na zona de transição do manto) (Ref.3).

REFERÊNCIAS

1. Tschauner et al. (2021). Discovery of davemaoite, CaSiO3-perovskite, as a mineral from the lower mantle. Vol 374, Issue 6569, pp. 891-894. https://doi.org/10.1126/science.abl8568
2. https://www.nature.com/articles/d41586-021-03409-2
3. Tschauner et al. (2018). Ice-VII inclusions in diamonds: Evidence for aqueous fluid in Earth’s deep mantle. Vol 359, Issue 6380, pp. 1136-1139. https://doi.org/10.1126/science.aao3030