p As altas temperaturas e pressões do manto terrestre transformam minerais ricos em carbono, conhecidos como carbonatos, em diamantes. Mas menos se sabe sobre o destino dos carbonatos que viajam ainda mais fundo no subsolo - profundidades das quais nenhuma amostra jamais foi recuperada. p Agora, Susannah Dorfman, da Michigan State University, e sua equipe estão descobrindo uma resposta com ferramentas de laboratório que imitam essas condições extremas.

p "O que nos interessa é, quando o carbono não é diamante? ”acrescentou Dorfman. Nature Communications , cientistas do Laboratório de Mineralogia Experimental de Dorfman em MSU redefiniram as condições sob as quais os carbonatos podem existir no manto inferior da Terra, expandindo nossa compreensão do ciclo profundo do carbono e da evolução da Terra.

p "A circulação de carbono e minerais da superfície da Terra por meio da subducção até a base do manto terrestre vem acontecendo há bilhões de anos, "disse Dorfman, professor assistente no Departamento de Ciências Terrestres e Ambientais, ou EES, no College of Natural Science e co-autor do artigo. "Nosso laboratório pergunta, 'Como podemos usar experimentos para prever a aparência e segui-lo quimicamente?' "

p Durante a subducção, carbonatos de superfície - pense em esqueletos de calcário e coral - pegue uma carona em placas frias de rocha que mergulham sob a crosta terrestre por meio do movimento tectônico alimentado pelo calor do manto. Alguns carbonatos derretem e são expelidos de volta à atmosfera pelos vulcões. Alguns viajam mais para baixo e são transformados em diamantes.

p Mas alguns carbonatos o tornam ainda mais profundo, em direção ao limite entre o manto e o núcleo do planeta quase 1, 800 milhas abaixo da superfície. A equipe de Dorfman estava interessada em saber seu destino. A pesquisa anterior da equipe mostrou que alguns carbonatos poderiam realmente escapar de serem derretidos ou transformados em diamantes em um ambiente quente, ambiente pobre em oxigênio, como a fronteira núcleo-manto, mas ninguém sabia que forma eles assumiriam em uma rocha real até agora.

p No estudo, Dorfman e coautor Mingda Lv, um aluno de doutorado do quinto ano EES, conduziu experimentos altamente complexos para sintetizar a rocha do manto e iluminar o destino daqueles carbonatos profundamente subduzidos pela primeira vez.

p "Para este projeto, queríamos saber como o carbonato coexistiria com a maioria dos silicatos do manto quando subduzidos ao manto inferior, "Lv disse." Nós projetamos os experimentos para estender as condições de pressão e temperatura nesses minerais para regimes elevados, simulando condições no limite núcleo-manto da Terra. "

p Seus experimentos exigiram um dispositivo feito de material com a maior tolerância de pressão de qualquer substância na Terra - diamantes.

p "A bigorna de diamante, mesmo que seja algo que você pode segurar em sua mão, nos dá as pressões mais altas em qualquer laboratório sem o uso de explosões, Dorfman disse. "Tudo o que sabemos sobre o que acontece no centro dos planetas depende desse dispositivo."

p Dorfman e Lv montaram com sucesso discos finos de carbonato e silicato como um sanduíche entre os dois diamantes da bigorna de diamante. Então, eles apertaram os discos juntos como um panini mineral e usaram lasers poderosos para aquecê-los a temperaturas elevadas de até 4, 500 F.

p O resultado foi algo que ninguém pensou ser possível, uma forma sintetizada de rocha de carbonato de cálcio altamente pressurizada que poderia existir em condições de manto inferior.

p "Antes deste estudo, a ideia era que você nunca deveria ter carbonato de cálcio nas profundezas da terra, mas apenas em um ambiente raso, onde não atingiu grandes profundidades, "Dorfman disse." Nossos experimentos mostram que em direção à base do manto, a reação química muda de direção e troca minerais como parceiros na quadrilha - o magnésio e o cálcio trocam seus parceiros de carbonato e silicato produzindo carbonato de cálcio e carbonato de magnésio. "

p O tamanho de sua rocha recém-sintetizada era apenas a largura de um fio de cabelo humano, e os cristais individuais que compreendem a rocha foram até 1, 000 vezes menor. Para ler entre os diamantes, Dorfman e Lv precisavam da faca mais afiada e da luz mais brilhante que pudessem encontrar.

p Eles usaram a tecnologia de acelerador de partículas extremamente poderosa do Argonne National Lab, em Illinois, para focar a luz de raios-X em um ponto minúsculo e iluminar o que haviam criado. Então, com a ajuda de colaboradores do Instituto de Física da Terra de Paris e do Centro de Caracterização de Materiais da Universidade de Michigan, eles usaram feixes de íons para fatiar a nova rocha em seções transversais.

p Finalmente, usando as técnicas de microscopia eletrônica de ponta no Centro de Microscopia Avançada da MSU, eles caracterizaram com sucesso a distribuição elementar de suas amostras recuperadas.

p "Sem esses laboratórios, nunca teríamos sido capazes de observar diretamente o que está acontecendo em nossos experimentos, "Lv disse." Nossa colaboração com essas instalações é um destaque do estudo. "

p "Sabemos que a grande maioria do carbono da Terra não está na atmosfera, está no interior, mas nossa estimativa de quanto e onde depende principalmente de medições de reações químicas, "Dorfman acrescentou." O trabalho de Mingda Lv mostra que o carbonato de cálcio pode ser estável nas condições do manto e fornece um novo mecanismo a ser levado em consideração quando fazemos modelos do ciclo do carbono no interior da terra. "