Oceanos profundos de magma podem ter retido ferro férrico na maior parte da Terra e de Marte

Em planetas rochosos como a Terra e Marte, o estado de oxidação do manto é um fator determinante que influencia a temperatura de fusão dos materiais do manto, a composição dos gases vulcânicos e, em última análise, a evolução da superfície planetária. O ferro, um elemento abundante nesses ambientes, existe principalmente em duas formas: Fe2+ (ferro ferroso) ou Fe3+ (ferro férrico). A capacidade de determinar com precisão o teor de Fe3+ em minerais formados sob condições de alta pressão tem sido, contudo, um desafio significativo para a geofísica e a geoquímica. Essa distinção é crucial, pois a proporção entre essas duas formas de ferro pode alterar fundamentalmente as propriedades físicas e químicas do manto, com implicações diretas para a dinâmica interna e a história geológica dos planetas.

Nesse contexto, a majorita emerge como um mineral de alta pressão de grande importância. Ela é estável sob condições de alta temperatura e alta pressão que correspondem a profundidades consideráveis no interior planetário, especificamente entre 500 e 600 quilômetros no manto da Terra e na base do manto marciano. Compreender a quantidade de Fe3+ que pode ser incorporada à estrutura cristalina da majorita é fundamental para desvendar os estados de oxidação dos mantos planetários. A majorita atua como um reservatório potencial para o ferro férrico, e sua capacidade de reter ou liberar esse íon pode ter consequências profundas para os processos geológicos que moldam os planetas rochosos ao longo do tempo.

Para investigar essa questão, análises da estrutura próxima da borda de absorção de raios X (XANES) foram realizadas na renomada instalação de radiação síncrotron SPring-8. O objetivo principal era determinar o conteúdo de Fe3+ na majorita sintetizada em laboratório, replicando as condições extremas encontradas no interior planetário. Os resultados obtidos foram reveladores: a majorita cristalizada em um oceano de magma demonstrou conter uma quantidade abundante de Fe3+, sendo superada apenas pela bridgmanita, o mineral mais prevalente no manto inferior da Terra. Essa descoberta sublinha a capacidade da majorita de hospedar uma fração significativa de ferro férrico em ambientes de alta pressão.

A presença de Fe3+ em abundância na majorita tem implicações importantes para a dinâmica do manto. Quando materiais do manto contendo majorita rica em Fe3+ ascendem para profundidades mais rasas, eles passam por transições de fase ou se decompõem em outros minerais. Nesses novos ambientes, o excesso de Fe3+ que não pode ser acomodado nas estruturas cristalinas dos minerais recém-formados é liberado. Este processo de liberação de ferro férrico pode ter desempenhado um papel crucial na formação de magmas oxidados. A oxidação do magma, por sua vez, afeta sua viscosidade, densidade e capacidade de transportar elementos voláteis, influenciando diretamente o vulcanismo e a composição atmosférica.

As descobertas fornecem informações importantes sobre a evolução dos estados de oxidação do manto tanto na Terra quanto em Marte. Ao estabelecer novas restrições sobre a capacidade da majorita de incorporar Fe3+, os pesquisadores oferecem uma compreensão mais aprofundada dos processos que governam a química interna desses planetas. A capacidade de um mineral como a majorita de atuar como um reservatório e, posteriormente, liberar ferro férrico, sugere um mecanismo para a geração de ambientes mais oxidantes em certas regiões do manto. Isso pode ter tido um impacto significativo na diferenciação planetária e na formação de reservatórios de água e outros voláteis.

Concluindo, este estudo avança significativamente nosso conhecimento sobre a geoquímica do manto profundo. As novas restrições sobre os estados de oxidação dos interiores da Terra e de Marte, derivadas da análise da majorita, são cruciais para a modelagem da evolução termoquímica desses corpos celestes. Espera-se que essas descobertas contribuam para uma melhor compreensão dos processos de formação de magma oxidado nos primeiros planetas rochosos, oferecendo insights sobre como as condições iniciais de um planeta podem influenciar sua trajetória geológica e habitabilidade a longo prazo. A pesquisa abre caminho para futuras investigações sobre a interação entre a mineralogia do manto e a evolução da superfície planetária.

Este trabalho inovador, que aprofunda nossa compreensão sobre a geoquímica do manto profundo, foi publicado no Journal of Geophysical Research: Solid Earth em 2026. O artigo, intitulado 'Teor de ferro férrico da majorita coexistindo com a redução do derretimento a 18 GPa: implicações para a fugacidade de oxigênio do manto de Marte e da Terra', é de autoria de Hideharu Kuwahara e sua equipe de pesquisadores. A publicação dessas descobertas em uma revista de alto impacto reforça a relevância e a solidez dos resultados apresentados, consolidando um avanço significativo no campo da ciência planetária e da geofísica.