Hoewel koolstof een van de meest voorkomende elementen op aarde is, het is eigenlijk heel moeilijk om te bepalen hoeveel ervan zich onder het oppervlak in het binnenste van de aarde bevindt. Analyse door Carnegie's Marion Le Voyer en Erik Hauri van kristallen die volledig ingesloten mantelmagma bevatten met zijn oorspronkelijke koolstofgehalte behouden, heeft 's werelds bekende vondsten van mantelkoolstof verdubbeld. De bevindingen zijn gepubliceerd in Natuurcommunicatie .

Algemeen, er is veel over koolstofchemie dat plaatsvindt onder de aardkorst dat wetenschappers nog steeds niet begrijpen. Vooral, de hoeveelheid koolstof in de aardmantel is al tientallen jaren onderwerp van felle discussies. Dit onderwerp is van belang omdat de hoeveelheid koolstof in de mantel de geologische processen van onze planeet ondersteunt, inclusief het op gang brengen van vulkanische activiteit en het in stand houden van de biosfeer. Het beïnvloedt ook onze atmosfeer wanneer kooldioxidegas vrijkomt bij uitbarstingen; vulkaanuitbarstingen speelden een grote rol in prehistorische klimaatvariaties.

Maar het is moeilijk om de hoeveelheid koolstof te meten die zich onder het aardoppervlak bevindt. Wetenschappers kunnen de stollingsgesteenten bestuderen die werden gevormd toen de mantel smelt, genaamd magma, kwam naar de oppervlakte, uitgebarsten als lava, en opnieuw verhard om een ​​rots te creëren die basalt wordt genoemd. Echter, het proces van opstijging en uitbarsting geeft bijna alle koolstof van het magma vrij als kooldioxidegas, waardoor de uitbarstende basaltstenen slechte indicatoren zijn voor de hoeveelheid koolstof in de magma's waaruit ze zijn gevormd.

"Dit is hoe explosieve uitbarstingen gebeuren, " legde Hauri uit. "Het plotselinge catastrofale gasverlies dat, voor de uitbarsting, werd onder hoge druk opgelost in het magma, maar tijdens de uitbarsting kan hij nergens anders heen, laat geen spoor na de uitbarsting achter in het geharde basalt van de hoeveelheid koolstof die ooit aanwezig was."

Maar Le Voyer, Hauri, en hun team analyseerden enkele basaltmonsters van de equatoriale mid-Atlantische rug die voorheen niet-bestudeerde kleine magmatische insluitsels bevatte, kleine zakjes puur magma die volledig vastzaten in vaste kristallen die hen beschermden tegen ontgassing tijdens magma-opstijging en -uitbarsting. Analyse toonde aan dat deze insluitsels hun oorspronkelijke koolstofgehalte hadden vastgehouden voordat ze op de zeebodem werden uitgebarsten.

"Dit is pas de tweede keer dat monsters van magma met hun oorspronkelijke koolstofgehalte ooit zijn gevonden en geanalyseerd, onze kennis van de koolstofchemie in de regio verdubbelen, ' zei Hauri.

De allereerste monsters met hun originele koolstof werden ook onthuld in Carnegie, door Hauri en Brown University professor Alberto Saal, in 2002. Die monsters kwamen van de Pacifische zeebodem. Vergelijking van de gegevens voor deze twee monsters onthulde dat het koolstofgehalte van de mantel veel minder uniform is dan wetenschappers eerder hadden voorspeld, variërend met maar liefst twee ordes van grootte in verschillende delen van de mantel.

"Onze ontdekking dat mantelkoolstof een complexere verdeling heeft dan eerder werd gedacht, heeft veel implicaties voor hoe mantelprocessen per locatie kunnen verschillen, " voegde Le Voyer eraan toe, die dit onderzoek deed als postdoc bij Carnegie en nu aan de Universiteit van Maryland werkt.