Nieuwe geologische bevindingen over de samenstelling van de aardmantel helpen wetenschappers de klimaatstabiliteit op de lange termijn beter te begrijpen en zelfs hoe seismische golven door de lagen van de planeet bewegen.

Het onderzoek door een team, waaronder wetenschappers van Case Western Reserve University, richtte zich op de "diepe koolstofcyclus, " maakt deel uit van de algemene cyclus waarmee koolstof door de verschillende systemen van de aarde beweegt.

In de eenvoudigste bewoordingen, de diepe koolstofcyclus omvat twee stappen:

1. Oppervlakte koolstof, meestal in de vorm van carbonaten, wordt in de diepe mantel gebracht door oceanische platen in oceaantroggen te laten zinken.
2. Die koolstof wordt dan teruggegeven aan de atmosfeer als koolstofdioxide (CO ₂ ) door mantelsmelt- en magma-ontgassingsprocessen bij vulkanen

Wetenschappers hebben lang vermoed dat gedeeltelijk gesmolten brokken van deze koolstof breed verspreid zijn over de vaste mantel van de aarde.

Wat ze niet volledig hebben begrepen, is hoe ver ze in de mantel kunnen worden gevonden, of hoe de geologisch langzame beweging van het materiaal bijdraagt ​​aan de koolstofkringloop aan de oppervlakte, wat nodig is voor het leven zelf.

Diepe koolstof- en klimaatveranderingsverbinding

"Het cirkelen van koolstof tussen het oppervlak en het diepe binnenland is van cruciaal belang om het klimaat op aarde op de lange termijn in de bewoonbare zone te houden - dat wil zeggen honderden miljoenen jaren, " zei James van Orman, een professor in geochemie en minerale fysica aan het College of Arts and Sciences van Case Western Reserve en een auteur van de studie, onlangs gepubliceerd in de Proceedings van de National Academy of Sciences .

"Direct, we hebben een goed begrip van de oppervlaktereservoirs van koolstof, maar veel minder weten over koolstofopslag in het diepe interieur, wat ook van cruciaal belang is voor het fietsen."

Van Orman zei dat dit nieuwe onderzoek aantoonde - op basis van experimentele metingen van de akoestische eigenschappen van carbonaatsmelten, en vergelijking van deze resultaten met seismologische gegevens - dat waarschijnlijk een kleine fractie (minder dan een tiende van 1%) carbonaatsmelt aanwezig is in de mantel op een diepte van ongeveer 180-330 km.

"Op basis van deze conclusie, we kunnen nu de koolstofconcentratie in de diepe bovenmantel schatten en concluderen dat dit reservoir een grote hoeveelheid koolstof bevat, meer dan 10, 000 keer de massa koolstof in de atmosfeer van de aarde, ', zegt Van Orman.

Dat is belangrijk, Van Orman zei:omdat geleidelijke veranderingen in de hoeveelheid koolstof opgeslagen in dit grote reservoir, door uitwisseling met de atmosfeer, zou een overeenkomstig effect kunnen hebben op CO ₂ in de atmosfeer - en daarom over klimaatverandering op lange termijn.

De eerste auteur van het artikel is Man Xu, die veel van het werk deed als Ph.D. student aan Case Western Reserve en is nu een postdoctoraal onderzoeker aan de Universiteit van Chicago.

Anderen op het project waren van de Florida State University, de Universiteit van Chicago en de Southern University of Science and Technology (SUSTech) in Shenzhen, China.

Verschillen in seismische golfsnelheid verklaren

Het onderzoek werpt ook licht op seismologie, vooral diepgrondonderzoek.

Een manier waarop geologen het diepe binnenland beter begrijpen, is door te meten hoe seismische golven die worden gegenereerd door aardbevingen - snel bewegende drukgolven en langzamere schuifgolven - door de aardlagen bewegen.

Wetenschappers hebben zich lang afgevraagd waarom het snelheidsverschil tussen de twee soorten seismische golven - P-golven en S-golven - een hoogtepunt bereikte op diepten van ongeveer 180 tot 330 kilometer in de aarde.

Koolstofrijke smelten lijken die vraag te beantwoorden:kleine hoeveelheden van deze smelten zouden door de diepe bovenmantel kunnen worden verspreid en zouden de snelheidsverandering verklaren, omdat de golven anders door de smelten bewegen.