Examinar as condições no interior da Terra é crucial não apenas para nos dar uma janela para a história da Terra, mas também para compreender o ambiente atual e seu futuro.

Este estudo, publicado em Nature Communications , oferece uma explicação da descida do carbono nas profundezas da Terra. "As regiões de estabilidade dos carbonatos são fundamentais para entender o ciclo profundo do carbono e o papel das profundezas da Terra no ciclo global do carbono." diz Leonid Dubrovinsky, da Universidade de Bayreuth.

É aqui que está o ESRF, o Síncrotron Europeu em Grenoble, França. entra. "Os intensos raios-X do ESRF nos permitem acessar as condições extremas dentro do manto da Terra inteira." sublinha Valerio Cerantola, autor principal, ex-aluno de doutorado na Universidade de Bayreuth e agora cientista de pós-doutorado no ESRF.

No último século, o rápido aumento da quantidade de CO2 na atmosfera, juntamente com as mudanças climáticas observadas, têm focado cada vez mais a atenção dos cientistas no ciclo do carbono e sua evolução na superfície da Terra. O ciclo do carbono também se estende abaixo da superfície:estimativas recentes localizam até 90% do orçamento de carbono da Terra no manto e no núcleo da Terra. Devido à natureza dinâmica dos movimentos da placa tectônica, convecção e subdução, há uma reciclagem constante de carbono entre a superfície da Terra e seu interior profundo.

Neste estudo, a equipe de pesquisa focada nas fases de carbonato, que são um dos principais minerais portadores de carbono no manto profundo. Carbonatos são um grupo de minerais que contêm o íon carbonato (CO32-) e um metal, como ferro ou magnésio. Os cientistas estudaram o comportamento de um carbonato de ferro puro, FeCO3 (chamado siderita), em condições extremas de temperatura e pressão cobrindo todo o manto da Terra, significando mais de 2500 K e 100 GPa, o que corresponde a cerca de um milhão de vezes a pressão atmosférica.

"Este carbonato de ferro é de particular interesse por causa de sua estabilidade em condições de manto inferior devido à transição de spin. Além disso, a química do cristal dos carbonatos de alta pressão é dramaticamente diferente daquela nas condições ambientais." explica Elena Bykova, da Universidade de Bayreuth.

A fim de estudar a estabilidade do FeCO3, a equipe de pesquisa realizou experimentos de alta pressão e alta temperatura em três linhas de luz ESRF:ID27, ID18 e ID09a (agora ID15b). "A combinação de várias técnicas nos deu conjuntos de dados únicos que nos permitiram descobrir novos portadores C no interior da Terra e mostrar o mecanismo por trás de sua formação", diz Cerantola. Uma corrida experimental foi realizada na linha de luz 13ID-D em APS.

Ao aquecer FeCO3 para temperaturas geotérmicas da Terra a pressões de até cerca de 50 GPa, O FeCO3 se dissociou parcialmente e formou vários óxidos de ferro. Em pressões mais altas, acima de ~ 75 GPa, os cientistas descobriram dois novos compostos - ortocarbonato de tetrairon (III), Fe43 + C3O12, e diiron (II) diiron (III) tetracarbonato, Fe22 + Fe23 + C4O13 (Figura 1). ?

"Houve algumas previsões teóricas, mas, até agora, as informações experimentais sobre estruturas de carbonatos de alta pressão têm sido muito limitadas (e de fato controversas) para especular sobre a química do cristal de carbonato. Nossos dados mostram que, embora a estrutura cristalina de Fe22 + Fe23 + C4O13 possa ser encontrada em silicatos, nenhum análogo de Fe43 + C3O12 é encontrado na natureza ", sublinha Bykova.

Eles também descobriram que uma fase, o tetracarbonato Fe4C4O13, mostra estabilidade estrutural sem precedentes e mantém sua estrutura mesmo em pressões ao longo de toda a geotérmica a profundidades de pelo menos 2500 km, que está perto da fronteira entre o manto e o núcleo. Assim, demonstrou que as reações de auto-oxidação-redução podem preservar carbonatos no manto inferior da Terra? (Figura 1, aeb). “O estudo mostra a importância das reações de oxidação e redução (redox) no ciclo profundo do carbono, que estão inevitavelmente ligados a outros ciclos voláteis, como o oxigênio ", sublinha Catherine McCammon, da Universidade de Bayreuth.