Hiilen ja veden kierrot Maan sisätiloissa liittyvät tärkeimpiin planeettaprosesseihin, kuten vaipan sulamiseen, kaasunpoistoon, kemialliseen erilaistumiseen ja advektioon. Veden roolia kannen ja sydämen välisessä hiilenvaihdossa ei kuitenkaan tunneta hyvin.
Advanced Photon Sourcessa osoitteessa Argonnen kansallinen laboratorio, Byeongkwan Ko, tuore Ph.D. valmistua Arizona State University, ja hänen tiiminsä ovat tehneet kokeita, joissa he ovat puristaneet vettä ja rauta-hiiliseosta odotettavissa olevaan paineeseen ja lämpötilaan. Maan ydin-vaipan raja, sulattaa rauta-hiili-seoksen.
Tutkijat havaitsivat, että vesi ja metalli reagoivat ja muodostavat rautaoksideja ja -hydroksideja, aivan kuten ruostuminen Maan pinnalla. He havaitsivat myös, että olosuhteet ydin-vaipan raja, toisin kuin ruostuminen maanpinta, Hiili tulee ulos nestemäisestä rautametalliseoksesta ja muodostaa timantin.
Koska hiili on alkuaine, joka rakastaa rautaa, ytimen odotetaan sisältävän huomattavan määrän rautaa Hiili kun taas vaipan uskotaan olevan suhteellisen vähän hiilidioksidia. Tutkijoiden mukaan vaippa sisältää itse asiassa paljon enemmän hiiltä kuin aiemmin luultiin.
Dan Shim, professori ASU:n School of Earth and Space Explorationista ja yksi paperin kirjoittajista, sanoi: "Lämpötila silikaattivaipan ja metallisen ytimen välisellä rajalla 3,000 7,000 kilometrin syvyydessä saavuttaa (noin 2 XNUMX Fahrenheit-astetta), mikä on riittävän korkea, jotta useimmat mineraalit menettävät atomimittakaavan rakenteisiinsa vangitun HXNUMXO:n. Lämpötila on tarpeeksi korkea, jotta jotkin mineraalit sulavat sellaisissa olosuhteissa.
Shim sanoi: "Maan ytimen ja vaipan rajalla odotettavissa olevissa paineissa vedyn seos rautametallinesteen kanssa näyttää vähentävän muiden kevyiden alkuaineiden liukoisuutta ytimessä. Siksi hiilen liukoisuus, jota todennäköisesti esiintyy maan ytimessä, laskee paikallisesti, kun vetyä pääsee ytimeen vaipasta (dehydraation kautta).
"Hiilen vakaa muoto Maan ytimen ja vaipan rajan paine-lämpötilaolosuhteissa on timantti. Joten nestemäisestä ulkoytimestä karkaavasta hiilestä tulee timanttia, kun se joutuu vaippaan."
Ko sanoi, ”Hiili on välttämätön elämälle ja sillä on tärkeä rooli monissa geologisissa prosesseissa. Hiilensiirtomekanismin löytäminen ytimestä vaippaan valaisee hiilen kiertokulkua Maan syvä sisäpuoli. Tämä on vielä jännittävämpää, kun otetaan huomioon, että timanttien muodostuminen ytimen ja vaipan rajalla on saattanut jatkua miljardeja vuosia planeetan subduktion alkamisesta."
"Tämä uusi tutkimus osoittaa, että hiilivuoto ytimestä vaippaan tämän timantinmuodostusprosessin avulla voi toimittaa tarpeeksi hiiltä selittämään kohonneet hiilimäärät vaipassa."
Myös tutkijat ennustivat sen timantti--ytimen ja vaipan rajalla voi olla runsaasti rakenteita ja että seismiset tutkimukset voisivat havaita rakenteet, koska seismiset aallot kulkevat rakenteille epätavallisen nopeasti.
Shim sanoi, "Syy, miksi seismiset aallot leviävät poikkeuksellisen nopeasti timanttirikkaiden rakenteiden läpi ytimen ja vaipan rajalla, johtuu siitä, että timantti on erittäin kokoonpuristumaton ja vähemmän tiheä kuin muut materiaalit ytimen ja vaipan rajalla."
Lehden viite:
- Byeongkwan Ko, Stella Chariton et ai. Veden aiheuttama timantin muodostuminen Maan ytimen ja vaipan rajalla. Geofysiikan tutkimuskirjeet. DOI: 10.1029/2022GL098271
