Các chu trình Cacbon và nước trong lòng Trái đất được liên kết với các quá trình quan trọng của hành tinh, chẳng hạn như lớp phủ nóng chảy, khử khí, phân hóa hóa học và tiến lên. Tuy nhiên, vai trò của nước trong quá trình trao đổi carbon giữa vỏ và lõi không được biết rõ.
Tại Nguồn Photon nâng cao tại Argonne National Laboratory, Byeongkwan Ko, một tiến sĩ gần đây. tốt nghiệp từ Arizona State University, và nhóm của ông đã tiến hành các thí nghiệm trong đó họ nén nước và hợp kim sắt-cacbon đến áp suất và Nhiệt độ dự kiến cho Lõi của trái đất-ranh giới manti, làm nóng chảy hợp kim sắt-cacbon.
Các nhà khoa học phát hiện ra rằng nước và kim loại phản ứng và tạo ra các oxit và hydroxit sắt, giống như rỉ sét trên bề mặt Trái đất. Họ cũng phát hiện ra rằng đối với các điều kiện của ranh giới lõi-lớp phủ, không giống như sự rỉ sét trên Bề mặt trái đất, Cacbon ra khỏi hợp kim kim loại sắt lỏng và tạo thành kim cương.
Vì Carbon là một nguyên tố yêu sắt nên dự đoán rằng lõi sẽ chứa một lượng đáng kể Carbon trong khi lớp phủ được cho là có lượng Carbon tương đối thấp. Theo các nhà khoa học, lớp phủ thực sự bao gồm nhiều Carbon hơn nhiều so với suy nghĩ trước đây.
Dan Shim, giáo sư tại Trường Khám phá Trái đất và Không gian của ASU và là đồng tác giả của bài báo, cho biết: “Nhiệt độ tại ranh giới giữa lớp phủ silicat và lõi kim loại ở độ sâu 3,000 km đạt tới (khoảng 7,000 độ F), đủ cao để hầu hết các khoáng chất mất H2O được giữ trong cấu trúc quy mô nguyên tử của chúng. Nhiệt độ đủ cao để một số khoáng chất có thể tan chảy ở những điều kiện như vậy.”
Shim nói, “Ở áp suất dự kiến đối với ranh giới lõi-lớp phủ của Trái đất, hợp kim hydro với chất lỏng kim loại sắt dường như làm giảm khả năng hòa tan của các nguyên tố nhẹ khác trong lõi. Do đó, khả năng hòa tan của Carbon, có khả năng tồn tại trong lõi Trái đất, giảm cục bộ khi hydro đi vào lõi từ lớp phủ (thông qua quá trình khử nước).”
“Dạng bền vững của Carbon ở điều kiện áp suất-nhiệt độ của ranh giới lõi-lớp phủ Trái đất là kim cương. Vì vậy, Carbon thoát ra từ lõi ngoài lỏng sẽ trở thành kim cương khi đi vào lớp phủ.”
Ko nói, “Carbon cần thiết cho sự sống và đóng vai trò quan trọng trong nhiều quá trình địa chất. Việc phát hiện ra một cơ chế truyền cacbon từ lõi đến lớp phủ sẽ làm sáng tỏ sự hiểu biết về chu trình cacbon trong sâu bên trong trái đất. Điều này thậm chí còn thú vị hơn khi sự hình thành kim cương ở ranh giới lõi-lớp phủ có thể đã diễn ra hàng tỷ năm kể từ khi bắt đầu quá trình hút chìm trên hành tinh.”
“Nghiên cứu mới này cho thấy carbon rò rỉ từ lõi vào lớp phủ bởi quá trình hình thành kim cương này có thể cung cấp đủ carbon để giải thích lượng carbon tăng cao trong lớp phủ.”
Các nhà khoa học cũng dự đoán rằng kim cương-các cấu trúc phong phú có thể tồn tại ở ranh giới lõi-lớp phủ và các nghiên cứu địa chấn có thể phát hiện ra các cấu trúc này vì sóng địa chấn sẽ di chuyển nhanh bất thường đối với các cấu trúc.
miếng chêm nói, “Sở dĩ sóng địa chấn lan truyền cực nhanh qua các cấu trúc giàu kim cương ở ranh giới lõi-lớp phủ là vì kim cương cực kỳ không thể nén được và ít đậm đặc hơn các vật liệu khác ở ranh giới lõi-lớp phủ.”
Tạp chí tham khảo:
- Byeongkwan Ko, Stella Chariton, et al. Sự hình thành kim cương do nước gây ra tại ranh giới lõi-lớp phủ của Trái đất. Geophysical Research Letters. DOI: 10.1029 / 2022GL098271
