Onder de bijzondere omstandigheden die diep in de aardmantel aanwezig zijn, ijzercarbonaten kunnen een rol spelen bij de vorming van diamanten, een internationaal team van onderzoekers hebben gevonden.

Diamanten gewonnen uit diepten van zo'n 700 km. bereninsluitsels die carbonaten bevatten, het leveren van direct bewijs dat carbonaten op dergelijke diepten bestaan. Echter, hun bereik van stabiliteit, kristalstructuren en de thermodynamische omstandigheden van het decarbonisatieproces zijn niet goed begrepen.

De wetenschappers – afkomstig uit Rusland, Frankrijk, Duitsland, Italië en de Verenigde Staten – hebben deze carbonaten onderzocht door de bijzondere omstandigheden te simuleren die kenmerkend zijn voor de diepe mantel van de aarde, inclusief:

• Extreem hoge druk (gelijk aan meer dan een miljoen keer de druk in de atmosfeer van de aarde), en
• Extreem hoge temperaturen (meestal tussen 2, 000° en 2, 500° Celsius).

Blijkbaar, de meeste chemische verbindingen die stabiel zijn op het aardoppervlak kunnen onder zulke extreme omstandigheden niet bestaan.

Echter, de wetenschappers vonden enkele uitschieters. specifiek, uit hun onderzoek bleek dat onder deze omstandigheden, carbonaatmoleculen kunnen bestaan, en kan reorganiseren zodat de koolstof een extra zuurstofatoom draagt, vormen een tetraëdrische vorm.

Het team ontdekte voor het eerst twee nieuwe verbindingen, inclusief een zogenaamd "tetracarbonaat" dat het potentieel heeft om diep in de onderste mantel van de aarde te overleven.

De resultaten van hun werk geven aan dat een van de nieuwe kristalstructuren ongewoon stabiel is en zijn structuur behoudt onder de omstandigheden die aanwezig zijn in de aardmantel, tot dieptes van 2, 500 km – dicht bij waar de mantel de kern van de aarde raakt.

Door het proces van zelfoxidatie, carbonaten kunnen diep in de aardmantel bewaard blijven, daardoor bijdragen aan de vorming van diamant.

Skoltech-onderzoeker Leyla Ismailova, een van de co-auteurs van de studie, zei:"Deze bevinding kan ons een beter begrip geven van zelf-oxidatiereacties in de aarde en de rol die onze planeet speelt in de koolstofcyclus."

Om diepe mantelomstandigheden te simuleren, het team genereerde hoge drukken en temperaturen met behulp van laserverwarmde diamanten aambeeldcellen. Een heel klein monster (10 tot 15 micron) werd tussen een paar diamanten geperst met een laserstraal erop gericht. Het team gebruikte vervolgens synchrotron-röntgenstralen om de inhoud en de structuur van de monsters te onderzoeken bij de European Synchrotron Radiation Facility (Frankrijk) en de Advanced Photon Source (Verenigde Staten). Bij dezelfde faciliteiten met behulp van een synchrotron Mössbauer-spectroscopie, ze waren in staat om kleine veranderingen in de Fe-atoomenergieniveaus te meten, wat cruciaal is voor het bepalen van de valentietoestand van nieuwe hogedrukijzercarbonaten.