Οι κύκλοι του άνθρακα και του νερού στο εσωτερικό της Γης συνδέονται με βασικές πλανητικές διεργασίες, όπως η τήξη του μανδύα, η απαέρωση, η χημική διαφοροποίηση και η προσαγωγή. Ωστόσο, ο ρόλος του νερού στην ανταλλαγή άνθρακα μεταξύ του καλύμματος και του πυρήνα δεν είναι καλά γνωστός.
Στο Advanced Photon Source στο Εθνικό Εργαστήριο Argonne, Byeongkwan Ko, πρόσφατο Ph.D. αποφοίτησε από Arizona State Universityκαι η ομάδα του διεξήγαγε πειράματα όπου συμπίεσαν νερό και κράμα σιδήρου-άνθρακα στην πίεση και τη θερμοκρασία που αναμενόταν για την Ο πυρήνας της Γης-όριο μανδύα, τήξη του κράματος σιδήρου-άνθρακα.
Οι επιστήμονες ανακάλυψαν ότι το νερό και το μέταλλο αντιδρούν και παράγουν οξείδια και υδροξείδια του σιδήρου, ακριβώς όπως η σκουριά στην επιφάνεια της Γης. Βρήκαν επίσης ότι για τις συνθήκες του ορίου πυρήνα-μανδύα, σε αντίθεση με τη σκουριά επάνω η επιφάνεια της γης, Ο άνθρακας βγαίνει από το υγρό κράμα μετάλλου σιδήρου και σχηματίζει ένα διαμάντι.
Δεδομένου ότι ο άνθρακας είναι ένα στοιχείο που αγαπά το σίδηρο, αναμένεται ότι ο πυρήνας θα περιέχει σημαντική ποσότητα άνθρακας ενώ ο μανδύας πιστεύεται ότι έχει σχετικά χαμηλό άνθρακα. Σύμφωνα με τους επιστήμονες, ο μανδύας στην πραγματικότητα περιλαμβάνει πολύ περισσότερο άνθρακα από ό,τι πιστεύαμε προηγουμένως.
Ο Dan Shim, καθηγητής στο School of Earth and Space Exploration της ASU και συν-συγγραφέας της εργασίας, είπε: «Η θερμοκρασία στο όριο μεταξύ του πυριτικού μανδύα και του μεταλλικού πυρήνα στα 3,000 km βάθος φτάνει (περίπου 7,000 βαθμούς Φαρενάιτ), η οποία είναι αρκετά υψηλή ώστε τα περισσότερα ορυκτά να χάνουν H2O που δεσμεύεται στις δομές τους ατομικής κλίμακας. Η θερμοκρασία είναι αρκετά υψηλή ώστε ορισμένα ορυκτά θα πρέπει να λιώσουν σε τέτοιες συνθήκες».
Ο Σιμ είπε, "Στις αναμενόμενες πιέσεις για το όριο πυρήνα-μανδύα της Γης, το κράμα υδρογόνου με υγρό μετάλλου σιδήρου φαίνεται να μειώνει τη διαλυτότητα άλλων ελαφρών στοιχείων στον πυρήνα. Επομένως, η διαλυτότητα του άνθρακα, που πιθανότατα υπάρχει στον πυρήνα της Γης, μειώνεται τοπικά όπου το υδρογόνο εισέρχεται στον πυρήνα από τον μανδύα (μέσω της αφυδάτωσης).
«Η σταθερή μορφή του άνθρακα στις συνθήκες πίεσης-θερμοκρασίας του ορίου πυρήνα-μανδύα της Γης είναι διαμάντι. Έτσι, ο άνθρακας που διαφεύγει από τον υγρό εξωτερικό πυρήνα θα γίνει διαμάντι όταν εισέλθει στον μανδύα».
Ο Κο είπε, «Ο άνθρακας είναι απαραίτητος για τη ζωή και παίζει σημαντικό ρόλο σε πολλές γεωλογικές διεργασίες. Η ανακάλυψη ενός μηχανισμού μεταφοράς άνθρακα από τον πυρήνα στον μανδύα θα ρίξει φως στην κατανόηση του κύκλου του άνθρακα στο Το βαθύ εσωτερικό της γης. Αυτό είναι ακόμη πιο συναρπαστικό, δεδομένου ότι ο σχηματισμός διαμαντιών στο όριο πυρήνα-μανδύα μπορεί να συνέβαινε για δισεκατομμύρια χρόνια από την έναρξη της καταβύθισης στον πλανήτη».
«Αυτή η νέα μελέτη δείχνει ότι ο άνθρακας που διαρρέει από τον πυρήνα στον μανδύα μέσω αυτής της διαδικασίας σχηματισμού διαμαντιών μπορεί να παρέχει αρκετό άνθρακα για να εξηγήσει τις αυξημένες ποσότητες άνθρακα στον μανδύα».
Οι επιστήμονες το προέβλεψαν επίσης διαμάντι-Πλούσιες κατασκευές θα μπορούσαν να υπάρχουν στο όριο πυρήνα-μανδύα και ότι οι σεισμικές μελέτες μπορεί να ανιχνεύσουν τις κατασκευές επειδή τα σεισμικά κύματα θα πρέπει να ταξιδεύουν ασυνήθιστα γρήγορα για τις κατασκευές.
σφήνα είπε, «Ο λόγος που τα σεισμικά κύματα πρέπει να διαδίδονται εξαιρετικά γρήγορα μέσα από δομές πλούσιες σε διαμάντια στο όριο πυρήνα-μανδύα είναι επειδή το διαμάντι είναι εξαιρετικά ασυμπίεστο και λιγότερο πυκνό από άλλα υλικά στο όριο πυρήνα-μανδύα».
Αναφορά στο περιοδικό:
- Byeongkwan Ko, Stella Chariton, et al. Σχηματισμός διαμαντιών που προκαλείται από το νερό στο όριο πυρήνα-μανδύα της Γης. Geophysical Research Letters,Ε DOI: 10.1029/2022GL098271
