Несмотря на то, что углерод является одним из самых распространенных элементов на Земле, на самом деле очень сложно определить, сколько его находится под поверхностью в недрах Земли. Анализ, проведенный Марион Ле Войер и Эриком Хаури из Карнеги кристаллов, содержащих полностью закрытую мантийную магму с сохраненным исходным содержанием углерода, удвоил известные в мире находки мантийного углерода. Результаты опубликованы в Nature Communications..
В целом, в химии углерода, происходящей под земной корой, есть много такого, чего ученые до сих пор не понимают. В частности, количество углерода в мантии Земли десятилетиями было предметом горячих споров. Эта тема представляет интерес, потому что количество углерода, присутствующего в мантии, лежит в основе геологических процессов на нашей планете, включая запуск вулканической активности и поддержание биосферы. Это также влияет на нашу атмосферу, когда углекислый газ выделяется при извержениях; извержения вулканов сыграли большую роль в доисторических изменениях климата.
Но трудно измерить количество углерода, существующего под поверхностью Земли. Ученые могут изучать магматические породы, которые образовались при плавлении мантии, называемой магмой, поднялись на поверхность, изверглись в виде лавы и снова затвердели, создав породу, называемую базальтом. Однако в процессе подъема и извержения почти весь углерод магмы высвобождается в виде углекислого газа, что делает извергнутые базальтовые породы плохими индикаторами количества углерода, который был в магмах, из которых они образовались.
«Вот как происходят взрывные извержения», - объяснил Хаури.«Внезапная катастрофическая потеря газа, который перед извержением растворялся в магме под высоким давлением, но во время извержения ему больше некуда деваться, не оставляя после извержения следов в затвердевшем базальте того количества углерода, которое когда-то присутствовало».
Но Ле Войер, Хаури и их команда проанализировали некоторые образцы базальта из экваториального Срединно-Атлантического хребта, которые содержали ранее не изученные крошечные магматические включения, небольшие карманы чистой магмы, которые были полностью заперты внутри твердых кристаллов, которые защищали их от дегазации. во время подъема и извержения магмы. Анализ показал, что эти включения уловили исходное содержание углерода до того, как изверглись на морское дно.
«Это всего лишь второй раз, когда образцы магмы, содержащие исходное содержание углерода, были обнаружены и проанализированы, что удвоило наши знания о химии углерода в регионе», - сказал Хаури.
Самые первые образцы, содержащие исходный углерод, были обнаружены в Карнеги профессором Университета Хаури и Брауна Альберто Саалом в 2002 году. Эти образцы взяты со дна Тихого океана. Сравнение данных для этих двух образцов показало, что содержание углерода в мантии гораздо менее однородно, чем предсказывали ученые ранее, и различается на целых два порядка в разных частях мантии..
«Наше открытие того, что мантийный углерод имеет более сложное распределение, чем считалось ранее, имеет много последствий для того, как мантийные процессы могут варьироваться в зависимости от местоположения», - добавил Ле Войер, который проводил это исследование в качестве постдока в Карнеги, а сейчас работает в Университете Карнеги. Университет Мэриленда.