Óxidos de ferro hidratados no manto super profundo e suas implicações na dinâmica terrestre
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| Data de publicació: | 2023 |
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Sumari: | Dissertação (mestrado) — Universidade de Brasília, Instituto de Geociências, Programa de Pós-Graduação em Geologia, 2023. |
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Ainda, a zona de transição do manto tem sido reconhecida como um potencial reservatório de água do manto mais profundo, como sugerido pelo achado de duas ringwooditas naturais e hidratadas encontradas como inclusões em diamantes super profundos. Por outro lado, o manto inferior sempre foi considerado uma parte anidra do manto terrestre devido a sua mineralogia não ter capacidade de agregar OH nas estruturas cristalinas. Os minerais hidratados no manto inferior, conhecidos como silicatos de magnésio hidratados densos (dense hydrous magnesium silicates), conseguem agregar apenas uma pequena proporção de OH em suas estruturas cristalinas além de serem fases pouco abundantes. Estudos experimentais recentes mostraram que fases de oxihidróxido de ferro podem se manter estáveis em condições de pressão e temperatura do manto inferior, o que implica que a água pode ser transportada e armazenada no interior da Terra por polimorfos de goethita (α-FeOOH). Estes estudos sugerem que α-FeOOH, comumente presente nas placas oceânicas subductadas, decompõem-se parcialmente em óxidos de ferro do tipo Fe2O3 e Fe3O4 a pressões de ~ 35 - 76 GPa (~ 1.155 – 2.500 km) e temperaturas de 876,85- 2476,85 ºC, liberando assim H2O e O2 no manto inferior. De forma notável, através de investigações em inclusões minerais de um diamante super profundo de Juína, Mato Grosso - Brasil, encontrou-se a primeira ocorrência natural documentada de ε-FeOOH estável no manto inferior. Os resultados são baseados em diversos dados inovadores obtidos em três linhas de luz da nova fonte de radiação síncrotron de 4ª geração - Sirius no Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS) do Brasil, tais como μ-Tomografia (linha de luz MOGNO), fluorescência de raios-X (linha de luz CARNAÚBA), nano-tomografia (linha de luz CARNAÚBA), XANES (linha de luz CARNAÚBA), e micro difração de raios-X (linha de luz EMA). Os dados de difração de raios-X e XANES sugerem que essa fase foi aprisionada pelo diamante durante o processo de transição de fases, apresentando uma goethita natural (ε-FeOOH) decompondo-se para hematita de alta pressão (Fe2O3) possivelmente hidratada, e magnetita (Fe3O4). Através da estrutura cristalina da hematita, foi possível identificar que esta transição de fase ocorre a uma pressão de 56 GPa, que condiz a ~1.850 km de profundidade no manto inferior. Com a transição, se tem também a liberação de H2O e O2 para o manto profundo. Portanto, essa descoberta fornece informações valiosas sobre o ciclo da água no interior da Terra, sugerindo que o manto inferior contém mais água do que se acreditava, e que deve apresentar heterogeneidades composicionais formadas pelas reações de oxirredução geradas pela liberação de H2O e O2 em um ambiente majoritariamente redutor.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES).Hydrated minerals present in the oceanic lithosphere are regarded as the main agents responsible for the transport of water into the Earth's mantle along subduction zones. In the upper mantle, water can be stored in the crystalline structure of minerals such as amphibole and mica, or in nominally anhydrous minerals such as olivine and pyroxenes. Additionally, the mantle transition zone has been recognized as a potential reservoir of water. Experimental studies have demonstrated that high-pressure polymorphs of olivine that mark this zone, wadsleyite and ringwoodite, have significant OH storage capacity, which has also been confirmed in two naturally hydrated ringwoodites found as inclusions in super-deep diamonds. On the other hand, the lower mantle has always been considered anhydrous due to its main mineralogy that has low storage capacity of OH. Hydrated minerals in the lower mantle, known as dense hydrous magnesium silicates, can only incorporate a small proportion of OH into their crystal structures and are relatively rare phases. Recent experimental studies have shown that iron oxihydroxide phases can remain stable under lower mantle conditions, implying that water can be transported and stored inside the Earth by goethite polymorphs (α-FeOOH). These studies suggest that αFeOOH, commonly present in subducted oceanic plates, partially decomposes into Fe2O3 and Fe3O4 at pressures of ~35 - 76 GPa (~1,155 – 2,500 km) and temperatures of 876,85- 2476,85 ºC, thus releasing H2O and O2 into the lower mantle. Notably, through investigations on inclusions in a super-deep diamond from Juína, Mato Grosso - Brazil, the first documented natural occurrence of stable ε-FeOOH in the lower mantle was found. The results are based on novel data obtained from three beamlines of the new 4th generation synchrotron radiation source - Sirius at the Brazilian National Synchrotron Light Laboratory (LNLS), which includes μ-tomography (MOGNO beamline), X-ray fluorescence (CARNAÚBA beamline), nano-tomography (CARNAÚBA beamline), XANES (CARNAÚBA beamline), and micro-X-ray diffraction (EMA beamline). X-ray diffraction and XANES data suggest that this phase was imprisoned by the diamond during the process of phase transition, with natural goethite (ε-FeOOH) decomposing into possibly hydrated high-pressure hematite (Fe2O3) and magnetite (Fe3O4). Through the crystalline structure of hematite, it was possible to identify that this phase transition occurs at a pressure of 56 GPa, corresponding to ~1,850 km depth in the lower mantle. With the transition, there is also the release of H2O and O2 into the deep mantle. Therefore, this discovery provides valuable information about the water cycle inside the Earth, suggesting that the lower mantle contains more water than previously believed and may exhibit compositional heterogeneities formed by redox reactions generated by the release of H2O and O2 in a predominantly reducing environment.Instituto de Geociências (IG)Programa de Pós-Graduação em GeologiaporA concessão da licença deste item refere-se ao termo de autorização impresso assinado pelo autor com as seguintes condições: Na qualidade de titular dos direitos de autor da publicação, autorizo a Universidade de Brasília e o IBICT a disponibilizar por meio dos sites www.unb.br, www.ibict.br, www.ndltd.org sem ressarcimento dos direitos autorais, de acordo com a Lei nº 9610/98, o texto integral da obra supracitada, conforme permissões assinaladas, para fins de leitura, impressão e/ou download, a título de divulgação da produção científica brasileira, a partir desta data.info:eu-repo/semantics/openAccessÓxidos de ferro hidratados no manto super profundo e suas implicações na dinâmica terrestreHydrous iron oxides in super-deep mantle and their implications for Earth’s dynamicsinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisDiamanteÓxidos - ferroManto terrestrereponame:Repositório Institucional da UnBinstname:Universidade de Brasília (UnB)instacron:UNBORIGINALCarolinaMichelonCamarda_DISSERT.pdfapplication/pdf4229218http://repositorio.unb.br/bitstream/10482/49938/1/CarolinaMichelonCamarda_DISSERT.pdfd8ba260c9c364e5083a8fbd04307f5a4MD51open access10482/499382025-03-19 13:43:33.561open accessoai:repositorio.unb.br:10482/49938Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.unb.br/oai/requestrepositorio@unb.bropendoar:2025-03-19T16:43:33Repositório Institucional da UnB - Universidade de Brasília (UnB) |
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