Staal roest door water en lucht op het aardoppervlak. Maar hoe zit het diep in het binnenste van de aarde?

De kern van de aarde is de grootste koolstofopslag op aarde - ongeveer 90% ligt daar begraven. Wetenschappers hebben aangetoond dat de oceanische korst die bovenop tektonische platen zit en door subductie in het binnenste valt, waterhoudende mineralen bevat en soms helemaal naar de kern-mantelgrens kan afdalen. De temperatuur aan de kern-mantelgrens is minstens twee keer zo heet als lava, en hoog genoeg om water uit de waterhoudende mineralen te laten ontsnappen. Daarom kan er een chemische reactie optreden die lijkt op roestend staal op de grens tussen kern en mantel van de aarde.

Byeongkwan Ko, een recente Ph.D. afgestudeerd, en zijn medewerkers publiceerden hun bevindingen over de kern-mantelgrens in Geophysical Research Letters . Ze voerden experimenten uit bij de Advanced Photon Source in het Argonne National Laboratory, waar ze ijzer-koolstoflegering en water samenpersden tot de druk en temperatuur die verwacht worden aan de kern-mantelgrens van de aarde, waardoor de ijzer-koolstoflegering smelt.

De onderzoekers ontdekten dat water en metaal reageren en ijzeroxiden en ijzerhydroxiden maken, net zoals bij roest aan het aardoppervlak. Ze ontdekten echter dat voor de omstandigheden van de kern-mantelgrens koolstof uit de vloeibare ijzer-metaallegering komt en diamant vormt.

"Temperatuur op de grens tussen de silicaatmantel en de metalen kern op 3.000 km diepte reikt tot ongeveer 7.000 F, wat voldoende hoog is voor de meeste mineralen om H₂ te verliezen O gevangen in hun atomaire schaalstructuren", zegt Dan Shim, professor aan ASU's School of Earth and Space Exploration. "In feite is de temperatuur hoog genoeg om sommige mineralen onder dergelijke omstandigheden te laten smelten."

Omdat koolstof een ijzerhoudend element is, wordt verwacht dat er aanzienlijke koolstof in de kern aanwezig is, terwijl wordt aangenomen dat de mantel relatief weinig koolstof bevat. Wetenschappers hebben echter ontdekt dat er veel meer koolstof in de mantel zit dan verwacht.

"Bij de verwachte druk voor de kern-mantelgrens van de aarde, lijkt waterstoflegering met ijzermetaalvloeistof de oplosbaarheid van andere lichte elementen in de kern te verminderen", zei Shim. "Daarom neemt de oplosbaarheid van koolstof, die waarschijnlijk in de kern van de aarde voorkomt, plaatselijk af waar waterstof de kern binnenkomt vanuit de mantel (door uitdroging). De stabiele vorm van koolstof bij de druk-temperatuuromstandigheden van de kern-mantelgrens van de aarde is diamant Dus de koolstof die uit de vloeibare buitenkern ontsnapt, wordt diamant als het in de mantel komt."

"Koolstof is een essentieel element voor het leven en speelt een belangrijke rol in veel geologische processen", zegt Ko. "De nieuwe ontdekking van een koolstofoverdrachtsmechanisme van de kern naar de mantel zal licht werpen op het begrip van de koolstofcyclus in het diepe binnenste van de aarde. Dit is nog opwindender aangezien de diamantvorming aan de kern-mantelgrens misschien miljarden jaren aan de gang sinds het begin van subductie op de planeet."

Ko's nieuwe studie toont aan dat koolstof die door dit diamantvormingsproces uit de kern in de mantel lekt, voldoende koolstof kan leveren om de verhoogde koolstofgehalten in de mantel te verklaren. Ko en zijn medewerkers voorspelden ook dat er diamantrijke structuren kunnen bestaan ​​aan de kern-mantelgrens en dat seismische studies de structuren zouden kunnen detecteren omdat seismische golven ongewoon snel zouden moeten reizen voor de structuren.

"De reden dat seismische golven zich uitzonderlijk snel door diamantrijke structuren aan de kern-mantelgrens zouden moeten voortplanten, is omdat diamant extreem onsamendrukbaar en minder dicht is dan andere materialen aan de kern-mantelgrens," zei Shim.

Ko en team zullen blijven onderzoeken hoe de reactie ook de concentratie van andere lichte elementen in de kern, zoals silicium, zwavel en zuurstof, kan veranderen en hoe dergelijke veranderingen de mineralogie van de diepe mantel kunnen beïnvloeden. + Verder verkennen

Zware ijzerisotopen lekken uit de kern van de aarde