De koolstof- en waterkringlopen in het binnenste van de aarde zijn gekoppeld aan belangrijke planetaire processen, zoals het smelten, ontgassen, chemische differentiatie en advectie van de mantel. De rol van water in de koolstofuitwisseling tussen het deksel en de kern is echter niet goed bekend.
Bij de Advanced Photon Source op Nationaal laboratorium van Argonne, Byeongkwan Ko, een recente Ph.D. afstuderen van Arizona State University, en zijn team hebben experimenten uitgevoerd waarbij ze water en een ijzer-koolstoflegering hebben gecomprimeerd tot de druk en temperatuur die worden verwacht voor de De kern van de aarde-mantelgrens, smelten van de ijzer-koolstoflegering.
Wetenschappers ontdekten dat water en metaal reageren en ijzeroxiden en -hydroxiden maken, net zoals roesten op het aardoppervlak. Ze ontdekten ook dat voor de omstandigheden van de kern-mantelgrens, in tegenstelling tot roesten op aardoppervlak, Koolstof komt uit de vloeibare ijzermetaallegering en vormt een diamant.
Aangezien koolstof een element is dat van ijzer houdt, wordt verwacht dat de kern een aanzienlijke hoeveelheid Carbon Fibre terwijl men denkt dat de mantel een relatief laag koolstofgehalte heeft. Volgens wetenschappers bevat de mantel eigenlijk veel meer koolstof dan eerder werd gedacht.
Dan Shim, een professor aan ASU's School of Earth and Space Exploration en een co-auteur van de krant, zei: "Temperatuur op de grens tussen de silicaatmantel en de metalen kern op 3,000 km diepte reikt tot (ongeveer 7,000 graden Fahrenheit), wat voldoende hoog is voor de meeste mineralen om H2O te verliezen dat is gevangen in hun atomaire schaalstructuren. De temperatuur is zo hoog dat sommige mineralen onder zulke omstandigheden zouden moeten smelten.”
Shim zei: “Bij de verwachte druk voor de kern-mantelgrens van de aarde, lijkt waterstoflegering met ijzermetaalvloeistof de oplosbaarheid van andere lichte elementen in de kern te verminderen. Daarom neemt de oplosbaarheid van koolstof, die waarschijnlijk in de kern van de aarde aanwezig is, plaatselijk af waar waterstof vanuit de mantel de kern binnendringt (door uitdroging).”
"De stabiele vorm van koolstof bij de druk-temperatuuromstandigheden van de kern-mantelgrens van de aarde is diamant. Dus de koolstof die uit de vloeibare buitenkern ontsnapt, zou diamant worden wanneer het de mantel binnengaat."
Ko zei, “Koolstof is essentieel voor het leven en speelt een belangrijke rol in veel geologische processen. De ontdekking van een koolstofoverdrachtsmechanisme van de kern naar de mantel zal licht werpen op het begrijpen van de koolstofcyclus in de Het diepe binnenste van de aarde. Dit is nog opwindender, aangezien de diamantvorming aan de kern-mantelgrens misschien al miljarden jaren aan de gang is sinds de start van subductie op de planeet.
"Deze nieuwe studie toont aan dat koolstof die door dit diamantvormingsproces uit de kern in de mantel lekt, voldoende koolstof kan leveren om de verhoogde koolstofgehalten in de mantel te verklaren."
Wetenschappers voorspelden ook dat diamant-rijke structuren zouden kunnen bestaan aan de kern-mantelgrens en dat seismische studies de structuren zouden kunnen detecteren omdat seismische golven ongewoon snel zouden moeten reizen voor de structuren.
shim zei, "De reden dat seismische golven zich uitzonderlijk snel zouden moeten voortplanten door diamantrijke structuren aan de kern-mantelgrens, is omdat diamant extreem onsamendrukbaar is en minder dicht dan andere materialen aan de kern-mantelgrens."
Journal Reference:
- Byeongkwan Ko, Stella Chariton, et al. Door water geïnduceerde diamantvorming bij de kern-mantelgrens van de aarde. Geophysical Research Letters DOI: 10.1029/2022GL098271
