Cykle węgla i wody we wnętrzu Ziemi są powiązane z kluczowymi procesami planetarnymi, takimi jak topnienie płaszcza, odgazowywanie, różnicowanie chemiczne i adwekcja. Jednak rola wody w wymianie węgla między pokrywą a rdzeniem nie jest dobrze poznana.
W Advanced Photon Source o godz Argonne National Laboratory, Byeongkwan Ko, niedawny doktorant. Absolwent Arizona State University, a jego zespół przeprowadzali eksperymenty, w których sprężali wodę i stop żelazowo-węglowy do ciśnienia i temperatury przewidywanych dla Jądro Ziemi-granica płaszcza, topienie stopu żelazowo-węglowego.
Naukowcy odkryli, że woda i metal reagują i tworzą tlenki i wodorotlenki żelaza, podobnie jak rdza na powierzchni Ziemi. Odkryli również, że w warunkach granicy rdzeń-płaszcz, w przeciwieństwie do rdzewienia powierzchnia ziemi, Węgiel wydobywa się z ciekłego stopu żelaza i tworzy diament.
Ponieważ węgiel jest pierwiastkiem, który kocha żelazo, przewiduje się, że rdzeń będzie zawierał znaczną jego ilość Węgiel podczas gdy uważa się, że płaszcz ma stosunkowo niską zawartość węgla. Według naukowców płaszcz zawiera znacznie więcej węgla, niż wcześniej sądzono.
Dan Shim, profesor w School of Earth and Space Exploration ASU i współautor artykułu, powiedział: „Temperatura na granicy między płaszczem krzemianowym a metalicznym rdzeniem na głębokości 3,000 km sięga (około 7,000 stopni Fahrenheita), co jest wystarczająco wysokie, aby większość minerałów utraciła H2O wychwycony w ich strukturach w skali atomowej. Temperatura jest na tyle wysoka, że niektóre minerały powinny stopić się w takich warunkach”.
Szym powiedział:Przy ciśnieniach spodziewanych na granicy jądra Ziemi z płaszczem, wodór stapiany z ciekłym metalem żelaza wydaje się zmniejszać rozpuszczalność innych lekkich pierwiastków w jądrze. Dlatego rozpuszczalność węgla, który prawdopodobnie występuje w jądrze Ziemi, zmniejsza się lokalnie tam, gdzie wodór dostaje się do jądra z płaszcza (poprzez odwodnienie).
„Stabilną formą węgla w warunkach ciśnieniowo-temperaturowych na granicy jądra Ziemi z płaszczem Ziemi jest diament. Tak więc węgiel uciekający z płynnego rdzenia zewnętrznego stałby się diamentem, gdy wszedłby do płaszcza”.
Ko powiedział, „Węgiel jest niezbędny do życia i odgrywa ważną rolę w wielu procesach geologicznych. Odkrycie mechanizmu przenoszenia węgla z jądra do płaszcza rzuci światło na zrozumienie cyklu węglowego w Głębokie wnętrze Ziemi. Jest to tym bardziej ekscytujące, biorąc pod uwagę, że formowanie się diamentów na granicy jądra i płaszcza mogło trwać miliardy lat od rozpoczęcia subdukcji na planecie”.
„To nowe badanie pokazuje, że węgiel wyciekający z rdzenia do płaszcza w procesie tworzenia diamentu może dostarczyć wystarczającą ilość węgla, aby wyjaśnić podwyższone ilości węgla w płaszczu”.
Naukowcy też to przewidzieli diament-bogate struktury mogą istnieć na granicy rdzeń-płaszcz i że badania sejsmiczne mogą wykryć struktury, ponieważ fale sejsmiczne powinny przemieszczać się niezwykle szybko dla struktur.
Shim powiedziany, „Powodem, dla którego fale sejsmiczne powinny rozchodzić się wyjątkowo szybko przez bogate w diament struktury na granicy rdzeń-płaszcz, jest to, że diament jest wyjątkowo nieściśliwy i ma mniejszą gęstość niż inne materiały na granicy rdzeń-płaszcz”.
Referencje czasopisma:
- Byeongkwan Ko, Stella Chariton i in. Formacja diamentu wywołana wodą na granicy rdzenia i płaszcza Ziemi. Listy badań geofizycznych, DOI: 10.1029/2022GL098271
