Znanstveniki so odkrili, da je v plašču več ogljika, kot so pričakovali.

Raziskovalci so odkrili rjo in diamante na meji med jedrom in plaščem Zemlje.

Na površini zemlje jeklo rjavi zaradi vode in zraka. Toda kaj je v notranjosti Zemlje?

Največje skladišče ogljika na Zemlji je Zemljino jedro, kjer je zakopanih 90 % ogljika. Znanstveniki so pokazali, da je oceanska skorja, ki leži na vrhu tektonskih plošč in se pogreza v notranjost, sestavljena iz vodnih mineralov in lahko včasih doseže mejo med jedrom in plaščem. Na meji med jedrom in plaščem je temperatura vsaj dvakrat višja od temperature lave in dovolj visoka, da omogoči izločanje vode iz vodnih mineralov. Posledično lahko pride do kemične reakcije blizu meje Zemljinega jedra in plašča v primerjavi z rjavečim jeklom.

Byeongquan Ko, pred kratkim doktorat znanosti diplomirati iz Državna univerza Arizona, in njegovi kolegi so nedavno objavili svoje ugotovitve o meji med jedrom in plaščem v reviji Geophysical Research Letters. Izvajal je poskuse na naprednem viru fotonov Nacionalni laboratorij ArgonneStisnjena in segreta voda ter železo-ogljik Zlitina Za podobne razmere na meji med jedrom in plaščem Zemlje se talijo zlitine železa in ogljika.

Zlitina železa in ogljika je reagirala z vodo v celici z diamantnim nakovalom pri visokem tlaku in visokih temperaturah, povezanih z Zemljinim globokim plaščem. kredit: Arizona State University

Znanstveniki so ugotovili, da voda in kovine reagirajo in tvorijo železove okside in železove hidrokside, podobno kot rjavenje na Zemljini površini. Vendar pa so opazili, da pri mejnih pogojih jedro-plašč ogljik disociira od tekoče zlitine železa in kovine in tvori diamante.

Šolski profesor ASU Dan Shim je dejal: “Temperatura na meji med silikatnim plaščem in kovinskim jedrom doseže približno 7000 F na 3000 km globine, kar je dovolj visoko za večino mineralov, ki jih je mogoče najti na njihovi atomski lestvici. izgubi na H 2 O v strukturah Raziskovanje zemlje in vesolja. “Pravzaprav je temperatura tako visoka, da se nekateri minerali v takih pogojih stopijo.”

Ker je ogljik element, ki ljubi železo, se pričakuje, da bo v jedru prisoten velik del ogljika, medtem ko naj bi imel plašč razmeroma malo ogljika. Vendar so znanstveniki ugotovili, da je v plašču prisotnega več ogljika, kot je bilo pričakovano.

“Pri pričakovanem tlaku za mejo Zemljinega jedra in plašča zlitje vodika s tekočino železove kovine zmanjša topnost drugih lahkih elementov v jedru,” je dejal Shim. “Zato se topnost ogljika, ki je verjetno prisoten v Zemljinem jedru, zmanjša lokalno, kjer vodik vstopi v jedro iz plašča (prek dehidracije). Tlačno-temperaturni pogoji na meji med Zemljinim jedrom in plaščem Stabilna oblika ogljika v “ZDA so diamant. Torej bo ogljik, ki se sprosti iz tekočega zunanjega jedra, postal diamant, ko bo vstopil v plašč.”

“Ogljik je bistven element za življenje in igra pomembno vlogo v številnih geoloških procesih, ” je dejal Ko. “Novo odkritje mehanizmov prenosa ogljika iz jedra v plašč bo osvetlilo razumevanje ogljikovega cikla v Zemljini globoki notranjosti. To je še bolj vznemirljivo, ker nastajanje diamantov na meji med jedrom in plaščem poteka že milijarde let. let od začetka subdukcije na planetu.” Nekoč.”

Koova nova študija nakazuje, da lahko ogljik, ki uhaja iz jedra v plašč s tem procesom nastajanja diamanta, zagotovi dovolj ogljika, da pojasni visoko vsebnost ogljika v plašču. Ko in njegovi kolegi so tudi napovedali, da bi lahko na meji med jedrom in plaščem obstajale strukture, bogate z diamanti, in da bi seizmične študije lahko odkrile strukture, ker morajo seizmični valovi potovati nenavadno hitro za strukture.

“Razlog, da se seizmični valovi izjemno hitro širijo skozi z diamanti bogate strukture na meji med jedrom in plaščem, je ta, da so diamanti izjemno nestisljivi in ​​manj gosti kot drugi materiali na meji med jedrom in plaščem,” je dejal Shim.

Ko in ekipa bodo še naprej raziskovali, kako lahko reakcija spremeni koncentracijo drugih lahkih elementov v jedru, kot so silicij, žveplo in kisik, in kako lahko takšne spremembe vplivajo na mineralogijo globokega plašča.

Referenca: “Z vodo povzročena tvorba diamanta na meji med jedrom in plaščem Zemlje” Byongkwan Ko, Stella Charitone, Vitaly Prakapenka, Bin Chen, Edward J. avtorji Garnero, Mingming Lee in Sang-hyeon Shim, 11. avgust 2022, Geofizikalne raziskave,
DOI: 10.1029/2022GL098271