Koolstof is essentieel voor het leven zoals we dat kennen en speelt een vitale rol in veel van de geologische processen van onze planeet, om nog maar te zwijgen van de impact die koolstof die vrijkomt door menselijke activiteit op de atmosfeer en de oceanen van de planeet heeft. Ondanks dit, de totale hoeveelheid koolstof op aarde blijft een mysterie, omdat veel ervan ontoegankelijk blijft in de diepten van de planeet.

Nieuw werk deze week gepubliceerd in Proceedings van de National Academy of Sciences onthult hoe koolstof zich gedroeg tijdens de gewelddadige vormende periode van de aarde. De bevindingen kunnen wetenschappers helpen begrijpen hoeveel koolstof er waarschijnlijk in de kern van de planeet bestaat en welke bijdragen het zou kunnen leveren aan de chemische en dynamische activiteit die daar plaatsvindt, inclusief aan de convectieve beweging die het magnetische veld aandrijft dat de aarde beschermt tegen kosmische straling.

De kern van de aarde bestaat voornamelijk uit ijzer en nikkel, maar de dichtheid duidt op de aanwezigheid van andere lichtere elementen, zoals koolstof, silicium, zuurstof, zwavel, of waterstof. Er wordt al lang vermoed dat er zich daar beneden een enorm reservoir aan koolstof bevindt. Maar om te proberen het te kwantificeren, het onderzoeksteam gebruikte laboratoriummimicry om te begrijpen hoe het in de eerste plaats in de kern kwam.

De groep bestond uit Rebecca Fischer van Harvard University, Elizabeth Cottrell en Marion Le Voyer van het Smithsonian Institution, beide voormalige Carnegie postdoctorale fellows, Kanani Lee van Yale University, en wijlen Erik Hauri van Carnegie, de herinnering aan wie de auteurs erkennen.

"Om het huidige koolstofgehalte van de aarde te begrijpen, we gingen terug naar de babytijd van onze planeet, toen het aangroeide uit materiaal dat de jonge zon omringt en uiteindelijk scheidde in chemisch verschillende lagen - kern, mantel, en korst, " zei Fischer. "We wilden bepalen hoeveel koolstof de kern binnenkwam tijdens deze processen."

Dit werd bereikt door laboratoriumexperimenten die de compatibiliteit van koolstof met de silicaten die de mantel vormen, vergeleken met de compatibiliteit met het ijzer dat de kern vormt, terwijl het onder de extreme drukken en temperaturen stond die diep in de aarde werden aangetroffen tijdens zijn vormingsperiode.

"We ontdekten dat er meer koolstof in de mantel zou zijn achtergebleven dan we eerder vermoedden, " legde Cottrell uit. "Dit betekent dat de kern aanzienlijke hoeveelheden andere lichtere elementen moet bevatten, zoals silicium of zuurstof, die beide meer aangetrokken worden tot ijzer bij hoge temperaturen."

Ondanks deze verrassende ontdekking, het grootste deel van de totale koolstofvoorraad van de aarde bevindt zich waarschijnlijk in de kern. Maar het vormt nog steeds slechts een verwaarloosbaar onderdeel van de algehele samenstelling van de kern.

"Algemeen, dit belangrijke werk verbetert ons begrip van hoe de koolstof van de aarde werd verzameld tijdens het planetaire vormingsproces en werd vastgelegd in de mantel en de kern terwijl ze chemisch gedifferentieerd waren, " concludeerde Richard Carlson, directeur van Carnegie's Earth and Planets Laboratory, waar Hauri werkte. "Ik zou alleen willen dat Erik nog bij ons was om de resultaten deze week gepubliceerd te zien."