Kroženje ogljika in vode v notranjosti Zemlje je povezano s ključnimi planetarnimi procesi, kot so taljenje plašča, razplinjevanje, kemična diferenciacija in advekcija. Vendar pa vloga vode pri izmenjavi ogljika med pokrovom in jedrom ni dobro znana.
Na Advanced Photon Source pri Argonne National Laboratory, Byeongkwan Ko, nedavni doktorat znanosti. diplomirati iz Arizona State Universityin njegova ekipa sta izvajala poskuse, pri katerih sta stisnila vodo in zlitino železa in ogljika na tlak in temperaturo, predvidena za Zemljino jedro-meja plašča, taljenje zlitine železa in ogljika.
Znanstveniki so ugotovili, da voda in kovina reagirata in tvorita železove okside in hidrokside, tako kot rjavenje na površini Zemlje. Ugotovili so tudi, da za razmere na meji med jedrom in plaščem, za razliko od rjavenja na Zemljina površina, Ogljik izhaja iz kovinske zlitine tekočega železa in oblikuje diamant.
Ker je ogljik element, ki ljubi železo, se pričakuje, da bo jedro vsebovalo znatno količino Carbon medtem ko naj bi imel plašč razmeroma malo ogljika. Po mnenju znanstvenikov plašč dejansko vključuje veliko več ogljika, kot se je prej mislilo.
Dan Shim, profesor na šoli za raziskovanje Zemlje in vesolja ASU in soavtor prispevka, je dejal, »Temperatura na meji med silikatnim plaščem in kovinskim jedrom na globini 3,000 km doseže (približno 7,000 stopinj Fahrenheita), kar je dovolj visoko, da večina mineralov izgubi H2O, ujeto v njihovih atomskih strukturah. Temperatura je dovolj visoka, da bi se nekateri minerali pri takšnih pogojih stopili.”
Shim je rekel: "Zdi se, da pri tlakih, pričakovanih za mejo Zemljinega jedra in plašča, zlitje vodika s tekočino železove kovine zmanjša topnost drugih lahkih elementov v jedru. Zato se topnost ogljika, ki verjetno obstaja v Zemljinem jedru, zmanjša lokalno, kjer vodik vstopi v jedro iz plašča (z dehidracijo).«
»Stabilna oblika ogljika pri razmerah tlaka in temperature na meji Zemljinega jedra in plašča je diamant. Tako bi ogljik, ki uhaja iz tekočega zunanjega jedra, postal diamant, ko bi vstopil v plašč."
Ko je rekel, »Ogljik je nujen za življenje in ima pomembno vlogo v številnih geoloških procesih. Odkritje mehanizma prenosa ogljika iz jedra v plašč bo osvetlilo razumevanje cikla ogljika v Globoka notranjost Zemlje. To je še bolj vznemirljivo glede na to, da je nastajanje diamantov na meji med jedrom in plaščem morda trajalo milijarde let od začetka subdukcije na planetu.«
"Ta nova študija kaže, da lahko ogljik, ki uhaja iz jedra v plašč s tem postopkom tvorbe diamanta, zagotovi dovolj ogljika, da pojasni povišane količine ogljika v plašču."
To so predvidevali tudi znanstveniki diamant- bogate strukture bi lahko obstajale na meji med jedrom in plaščem in da bi seizmične študije lahko odkrile strukture, ker bi seizmični valovi potovali nenavadno hitro za strukture.
Šim je dejal, "Razlog, da se seizmični valovi širijo izjemno hitro skozi strukture, bogate z diamanti, na meji med jedrom in plaščem je ta, da je diamant izjemno nestisljiv in manj gost kot drugi materiali na meji med jedrom in plaščem."
Referenca dnevnika:
- Byeongkwan Ko, Stella Chariton idr. Z vodo povzročena tvorba diamanta na meji Zemljinega jedra in plašča. Geofizikalnih raziskav Pisma. DOI: 10.1029/2022GL098271
