Óxidos de ferro hidratados no manto super profundo e suas implicações na dinâmica terrestre

Abstract

Minerais hidratados presentes na litosfera oceânica são conhecidos como os principais agentes responsáveis pelo transporte de água para o manto terrestre através das zonas de subducção. No manto superior, a água pode ser armazenada na estrutura cristalina de minerais como anfibólio e mica, ou em minerais nominalmente anidros, como olivina e piroxênios. 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.