Süsiniku ja vee ringlus Maa sisemuses on seotud peamiste planeetide protsessidega, nagu vahevöö sulamine, degaseerimine, keemiline diferentseerumine ja advektsioon. Vee roll katte ja südamiku vahelises süsinikuvahetuses pole aga hästi teada.
Täiustatud fotoniallikas aadressil Argonne'i riiklik labor, Byeongkwan Ko, hiljutine Ph.D. aastal lõpetada Arizona State Universityja tema meeskond on läbi viinud katseid, kus nad surusid vett ja raua-süsiniku sulamit kokku ettenähtud rõhu ja temperatuurini. Maa tuum-mantli piir, raua-süsiniku sulami sulatamine.
Teadlased leidsid, et vesi ja metall reageerivad ning tekitavad raudoksiide ja -hüdroksiide, täpselt nagu roostetamine Maa pinnal. Samuti leidsid nad, et südamiku ja mantli piiri tingimustes, erinevalt roostetamisest Maa pind, Süsinik väljub vedelast raua metallisulamist ja moodustab teemandi.
Kuna süsinik on element, mis armastab rauda, siis eeldatakse, et südamik sisaldab märkimisväärses koguses rauda Süsinik samas kui vahevöös arvatakse olevat suhteliselt vähe süsinikku. Teadlaste sõnul sisaldab vahevöö tegelikult palju rohkem süsinikku, kui seni arvati.
Dan Shim, ASU Maa- ja kosmoseuuringute kooli professor ja paberi kaasautor, ütles: "Temperatuur silikaatvahevöö ja metallilise südamiku vahelisel piiril 3,000 km sügavusel ulatub (umbes 7,000 kraadi Fahrenheiti järgi), mis on piisavalt kõrge, et enamik mineraale kaotaks oma aatomiskaala struktuuridesse kinnijäänud H2O. Temperatuur on piisavalt kõrge, et mõned mineraalid peaksid sellistes tingimustes sulama.
Shim ütles: "Maa südamiku ja vahevöö piiril eeldatavate rõhkude juures näib, et vesiniku sulamine raudmetalli vedelikuga vähendab teiste kergete elementide lahustuvust südamikus. Seetõttu väheneb süsiniku lahustuvus, mis tõenäoliselt eksisteerib Maa tuumas, kohapeal, kus vesinik siseneb vahevööst tuuma (dehüdratsiooni kaudu).
"Süsiniku stabiilne vorm Maa südamiku ja vahevöö piiri rõhu-temperatuuri tingimustes on teemant. Nii et vedelast välissüdamikust väljuv süsinik muutuks vahevöösse sattudes teemandiks.
Ko ütles, „Süsinik on eluks hädavajalik ja mängib olulist rolli paljudes geoloogilistes protsessides. Süsiniku ülekandemehhanismi avastamine südamikust vahevöösse heidab valgust süsinikuringe mõistmisele Maa sügav sisemus. See on veelgi põnevam, arvestades, et teemantide moodustumine tuuma ja vahevöö piiril võis kesta miljardeid aastaid alates subduktsiooni algusest planeedil.
"See uus uuring näitab, et selle teemandi moodustumise protsessiga tuumast mantli lekkiv süsinik võib anda piisavalt süsinikku, et selgitada vahevöö suurenenud süsinikusisaldust."
Seda ennustasid ka teadlased teemant-rikkad struktuurid võivad eksisteerida südamiku ja vahevöö piiril ja seismilised uuringud võivad struktuure tuvastada, kuna seismilised lained peaksid liikuma struktuuride jaoks ebatavaliselt kiiresti.
Shim ütles, "Põhjus, miks seismilised lained peaksid levima erakordselt kiiresti läbi teemandirikaste struktuuride südamiku ja vahevöö piiril, on see, et teemant on äärmiselt kokkusurumatu ja vähem tihe kui muud materjalid südamiku ja vahevöö piiril."
Ajakirja viide:
- Byeongkwan Ko, Stella Chariton jt. Veest põhjustatud teemandi moodustumine Maa südamiku ja vahevöö piiril. Geophysical Research Letters. DOI: 10.1029/2022GL098271
