Въглеродът играе жизненоважна роля в геоложките процеси, протичащи във вътрешността на Земята. Въпреки че по-голямата част от въглерода на нашата планета е в нейното ядро, не е ясно дали основният въглерод може да бъде прехвърлен в мантията поради липса на знания за възможния механизъм на преноса на въглерод на границата между ядрото и мантията на Земята.
В ново изследване екип геолози са провели експерименти, възпроизвеждащи екстремните условия на налягане и температура на границата между ядрото и мантията. Техните резултати показват, че водата може да реагира с желязното ядро и да освободи въглерод под формата на диамант, което показва важна връзка между водата и въглеродните цикли на Земята. Освен това резултатите на учените предсказват възможното съществуване на диаманти в някои области от най-дълбоката мантия.
„Въглеродът е съществен елемент от живота и играе важна роля в много геоложки процеси – казват учените. – Новото откритие на механизма на пренос на въглерод от ядрото към мантията ще хвърли светлина върху разбирането на въглеродния цикъл във вътрешността на Земята.
Това е още по-интересно, като се отчита, че образуването на диаманти на границата между ядрото и мантията може да е продължило милиарди години от началото на субдукцията на планетата.“
В своите експерименти учените въздействали върху сплав желязо-въглерод и вода до налягане и температура, очаквани на границата между ядрото и мантията на Земята, разтопявайки сплавта желязо-въглерод.
Те открили, че водата и металът реагират и образуват оксиди и хидроксиди на желязото. Изследователите обаче установили, че при граничните условия на ядрото и мантията въглеродът излиза от течната сплав желязо-метал и образува диамант.
„Температурите на границата между силикатната мантия и металното ядро на дълбочина от 3000 км достигат около 3900 градуса по Целзий, което е достатъчно високо, за да могат повечето минерали да започнат да губят водата, уловена в техните атомни структури – казва проф. Дан Шим, автор на изследването. – Всъщност температурата е достатъчно висока, за да се стопят някои минерали в такива условия.“
Тъй като въглеродът е „желязолюбив“ елемент, се очаква значително количество въглерод да съществува в ядрото, докато се смята, че в мантията съществува относително малко въглерод. Но геолозите са открили, че мантията съдържа много повече въглерод от очакваното.
„При наляганията, очаквани за границата между ядрото и мантията на Земята, сплавяването на водорода с течно метално желязо, изглежда, снижава разтворимостта на други леки елементи в ядрото – обяснява проф. Шим. – Следователно разтворимостта на въглерода, който вероятно съществува в ядрото на Земята, локално намалява там, където водородът попада в ядрото от мантията (в резултат на дехидратация).“
Стабилната форма на въглерода в условията на налягане и температурата на границата между ядрото и мантията на Земята е диамантът. По такъв начин въглеродът, излизащ от течното външно ядро, ще стане диамант, когато попадне в мантията.
Авторите на изследването предсказват, че на границата между ядрото и мантията може да съществуват структури, богати на диаманти, и че сеизмичните изследвания могат да разкрият тези структури, тъй като сеизмичните вълни трябва да се движат необичайно бързо в тях.
Резултатите са публикувани в Geophysical Research Letters.
ВИЖТЕ ОЩЕ: Полет през ръкавите на Млечния път допринесъл за формирането на кората на Земята
