Цикли вуглецю та води в надрах Землі пов’язані з ключовими планетарними процесами, такими як танення мантії, дегазація, хімічна диференціація та адвекція. Однак роль води в обміні вуглецем між оболонкою та ядром недостатньо відома.
На Advanced Photon Source на Аргонна Національна лабораторія, Бьонкван Ко, нещодавній доктор філософії. закінчити Університет штату Арізонаі його команда проводили експерименти, під час яких вони стискали воду та залізовуглецевий сплав до тиску та температури, очікуваних для Ядро Землі-мантійний кордон, плавлення залізовуглецевого сплаву.
Вчені виявили, що вода та метал реагують і утворюють оксиди та гідроксиди заліза, подібно до іржавіння на поверхні Землі. Вони також виявили, що для умов кордону ядро-мантія, на відміну від іржавіння на Поверхня Землі, Вуглець виходить із металевого сплаву рідкого заліза та утворює алмаз.
Оскільки вуглець є елементом, який любить залізо, очікується, що ядро міститиме значну кількість Вуглець тоді як вважається, що мантія має відносно низький вміст вуглецю. За словами вчених, мантія насправді містить набагато більше вуглецю, ніж вважалося раніше.
Ден Шім, професор Школи дослідження Землі та космосу АСУ та співавтор статті, сказав: «Температура на межі між силікатною мантією та металевим ядром на глибині 3,000 км досягає (приблизно 7,000 градусів за Фаренгейтом), що є достатньо високим для більшості мінералів, щоб втрачати H2O, захоплену в їхніх атомних структурах. Температура досить висока, щоб деякі мінерали розплавилися за таких умов».
Шим сказав:При очікуваному тиску на межі ядро-мантія Землі сплав водню з металевою рідиною заліза зменшує розчинність інших легких елементів у ядрі. Тому розчинність вуглецю, який, ймовірно, існує в ядрі Землі, локально зменшується там, де водень потрапляє в ядро з мантії (через дегідратацію)».
«Стабільною формою вуглецю в умовах тиску і температури на межі ядро-мантія Землі є алмаз. Таким чином, вуглець, який виходить із рідкого зовнішнього ядра, стане алмазом, коли він увійде в мантію».
Ко сказав, «Вуглець необхідний для життя і відіграє важливу роль у багатьох геологічних процесах. Відкриття механізму перенесення вуглецю з ядра в мантію проллє світло на розуміння циклу вуглецю в Глибокі надра Землі. Це ще більш захоплююче, враховуючи, що утворення алмазів на межі ядра та мантії могло тривати мільярди років з моменту початку субдукції на планеті».
«Це нове дослідження показує, що витік вуглецю з ядра в мантію в результаті цього процесу утворення алмазу може забезпечити достатню кількість вуглецю, щоб пояснити підвищену кількість вуглецю в мантії».
Це також передбачили вчені алмазБагаті структури можуть існувати на межі ядра та мантії, і що сейсмічні дослідження можуть виявити структури, оскільки сейсмічні хвилі мають поширюватися надзвичайно швидко для структур.
Шим сказав, «Причина, по якій сейсмічні хвилі повинні поширюватися надзвичайно швидко через багаті алмазами структури на межі ядра та мантії, полягає в тому, що алмаз надзвичайно нестисливий і менш щільний, ніж інші матеріали на межі ядра та мантії».
Довідка з журналу:
- Бьонкван Ко, Стелла Чаритон та ін. Спричинене водою утворення алмазу на межі земного ядра та мантії. Geophysical Research Letters. DOI: 10.1029/2022GL098271
