Compreender o ciclo global do carbono fornece aos cientistas pistas vitais sobre a habitabilidade do planeta.

É a razão pela qual a Terra tem um clima estável e clemente e uma atmosfera de baixo dióxido de carbono em comparação com a de Vênus, por exemplo, que está em um estado de estufa descontrolado, com altas temperaturas de superfície e uma espessa atmosfera de dióxido de carbono.

Uma das principais diferenças entre a Terra e Vênus é a existência de placas tectônicas ativas na Terra, que tornam nosso ambiente único em nosso sistema solar.

Mas a atmosfera, oceanos, e a crosta terrestre são apenas parte da história. O manto, que representa 75% do volume da Terra, potencialmente contém mais carbono do que todos os outros reservatórios combinados.

O carbono - um dos blocos de construção essenciais da vida orgânica - é levado para o interior da Terra por subducção, onde diminui drasticamente o ponto de fusão do manto sólido, formando derretimentos carbonatados (rochas fundidas ricas em carbono) no manto raso, abastecendo vulcões de superfície. Minerais de carbonato também podem ser transportados para muito mais fundo na Terra, alcançando o manto inferior, mas o que acontece a seguir é incerto.

Responder a essa pergunta é repleto de desafios - as condições nas profundezas da Terra são extremas e as amostras do manto são raras. A solução é recriar essas condições no laboratório usando tecnologia sofisticada.

Agora, uma equipe de geocientistas experimentais da Universidade de Bristol fez exatamente isso. Seus resultados, publicado acesso aberto em Letras da Terra e da Ciência Planetária , descobrir novas pistas sobre o que acontece aos minerais carbonatados quando eles são transportados para o manto através da subducção da crosta oceânica (onde uma das placas tectônicas da Terra desliza abaixo da outra).

Suas descobertas descobriram uma barreira para a subducção do carbonato além de profundidades de cerca de 1, 000km, onde reage com a sílica na crosta oceânica para formar diamantes que são armazenados nas profundezas da Terra ao longo de escalas de tempo geológicas.

O Dr. James Drewitt, da Escola de Ciências da Terra, explica:"Os minerais carbonatados permanecem estáveis ​​através do manto inferior da Terra, e se não, quais mudanças de pressão / temperatura são necessárias para desencadear reações entre os minerais e como eles se parecem? Essas são as perguntas para as quais queríamos encontrar as respostas - e a única maneira de obtê-las era reproduzindo as condições do interior da Terra. "

O Dr. Drewitt e sua equipe submeteram rochas de carbonato sintético a pressões e temperaturas muito altas comparáveis ​​às condições profundas da Terra de até 90 GPa (cerca de 900, 000 atmosferas) e 2.000 graus C usando uma célula de bigorna de diamante aquecida a laser. Eles descobriram que o carbonato permanece estável até profundidades de 1, 000-1, 300km, quase metade do caminho para o núcleo.

Nessas condições, o carbonato reage com a sílica circundante para formar um mineral conhecido como bridgmanita, que forma a maior parte do manto da Terra. O carbono liberado por essa reação está na forma de dióxido de carbono sólido. À medida que o manto quente circundante eventualmente aquece a laje subduzida, este dióxido de carbono sólido se decompõe para formar diamantes superprofundos.

O Dr. Drewitt acrescenta:"Eventualmente, os diamantes superprofundos poderiam retornar à superfície em plumas de manto ascendentes, e este processo pode representar uma das fontes de diamantes superprofundos que encontramos na superfície e que fornecem a única evidência direta que temos da composição das profundezas da terra.

"Isso é empolgante porque os humanos mais profundos já foram capazes de perfurar tem cerca de 12 km, menos da metade da profundidade da crosta terrestre. Isso empalidece em comparação com a escala maciça do manto da Terra, que se estende a quase 3, Profundidade de 000 km. "

A equipe usou uma célula de bigorna de diamante para gerar pressões equivalentes às encontradas nessas profundidades, carregar amostras sob um microscópio em uma câmara de pressão perfurada de uma gaxeta de metal que é então comprimida entre a qualidade da gema, bigornas de diamante de lapidação brilhante. A estrutura cristalina dessas amostras foi então analisada usando difração de raios-X na instalação de síncrotron do Reino Unido em Oxfordshire.

O Dr. Drewitt agora planeja aplicar esses experimentos de alta pressão e alta temperatura junto com técnicas avançadas de simulação de computador a outros minerais e materiais, acrescentando:"Assim como o carbono, há potencialmente vários oceanos de água transportados para as profundezas do manto, e quando liberado, isso induzirá o derretimento do manto superior e inferior da Terra.

"Contudo, não podemos testar ou compreender adequadamente os modelos atuais do comportamento dinâmico dessa rocha derretida rica em água porque não conhecemos sua composição ou propriedades físicas. Os experimentos em condições extremas e simulações de computador avançadas em que estamos trabalhando ajudarão a resolver esses problemas. "