Углерод играет жизненно важную роль в геологических процессах, происходящих внутри Земли. Хотя большая часть углерода нашей планеты находится в ее ядре, неясно, может ли основной углерод перейти в мантию из-за отсутствия знаний о возможном механизме переноса углерода на границе между ядром Земли и мантией.
В новом исследовании группа геологов провела эксперименты, воспроизводящие экстремальные условия давления и температуры на границе ядра и мантии. Их результаты показывают, что вода может реагировать с железным ядром и выделять углерод в форме алмаза, что указывает на важную связь между водой и углеродными циклами Земли. Кроме того, результаты ученых предсказывают возможное существование алмазов в некоторых областях самой глубокой мантии.
Углерод, по словам ученых, является важным элементом жизни и играет важную роль во многих геологических процессах. Новое открытие механизма переноса углерода из ядра в мантию прольет свет на понимание круговорота углерода в недрах Земли.
Это еще более интересно, учитывая, что образование алмазов на границе ядра и мантии могло продолжаться в течение миллиардов лет с момента начала субдукции планеты.
В своих экспериментах ученые подвергали сплав железа с углеродом и воду воздействию давления и температуры, ожидаемых на границе между ядром Земли и мантией, плавя сплав железа с углеродом.
Они обнаружили, что вода и металл реагируют с образованием оксидов и гидроксидов железа. Однако исследователи обнаружили, что в граничных условиях ядра и мантии углерод выходит из жидкого железометаллического сплава и образует алмаз.
Температура на границе между силикатной мантией и металлическим ядром на глубине 3000 км достигает около 3900 градусов по Цельсию, что достаточно для того, чтобы большинство минералов начали терять воду, заключенную в их атомных структурах. На самом деле эта температура достаточно высока, чтобы расплавить некоторые минералы в таких условиях, — говорит профессор Дэн Шим, автор исследования. исследования.
Поскольку углерод является "железолюбивым" элементом, ожидается, что значительное количество углерода будет находиться в ядре, в то время как считается, что в мантии существует относительно мало углерода. Но геологи обнаружили, что мантия содержит гораздо больше углерода, чем ожидалось.
При давлениях, ожидаемых для границы между ядром и мантией Земли, синтез водорода с жидким металлическим железом, по-видимому, снижает растворимость других легких элементов в ядре. Поэтому растворимость углерода, который, вероятно, существует в ядре Земли, локально уменьшается там, где водород поступает в ядро из мантии (в результате обезвоживания), — объясняет профессор Шим.
Устойчивой формой углерода в условиях давления и температуры на границе ядра Земли и мантии является алмаз. Таким образом, углерод, выходящий из жидкого внешнего ядра, при попадании в мантию станет алмазом.
Авторы исследования предсказывают, что на границе ядра и мантии могут существовать структуры, богатые алмазами, и что сейсмические исследования могут выявить эти структуры, потому что сейсмические волны должны распространяться в них необычно быстро.