La comprensione del ciclo globale del carbonio fornisce agli scienziati indizi vitali sull'abitabilità del pianeta.

È il motivo per cui la Terra ha un clima clemente stabile e un'atmosfera a bassa anidride carbonica rispetto a quella di Venere, ad esempio, che si trova in uno stato di serra incontrollata con temperature superficiali elevate e un'atmosfera densa di anidride carbonica.

Una delle principali differenze tra la Terra e Venere è l'esistenza di una tettonica a zolle attiva sulla Terra, che rendono unico il nostro ambiente all'interno del nostro sistema solare.

Ma l'atmosfera, oceani, e la crosta terrestre sono solo una parte della storia. il mantello, che rappresenta il 75% del volume della Terra, potenzialmente contiene più carbonio di tutti gli altri serbatoi messi insieme.

Il carbonio, uno degli elementi costitutivi essenziali della vita organica, viene portato all'interno della Terra per subduzione, dove abbassa drasticamente il punto di fusione del mantello solido, formazione di fusi carbonati (rocce fuse ricche di carbonio) nel mantello superficiale, alimentando i vulcani di superficie. I minerali di carbonato possono anche essere trasportati molto più in profondità nella Terra, raggiungendo il mantello inferiore, ma quello che succede dopo è incerto.

Rispondere a questa domanda è pieno di sfide:le condizioni nelle profondità della Terra sono estreme e i campioni dal mantello sono rari. La soluzione è ricreare quelle condizioni in laboratorio utilizzando una tecnologia sofisticata.

Ora un team di geoscienziati sperimentali dell'Università di Bristol ha fatto proprio questo. I loro risultati, pubblicato ad accesso libero in Lettere di Scienze della Terra e dei Pianeti , scopri nuovi indizi su cosa succede ai minerali carbonatici quando vengono trasportati nel mantello attraverso la subduzione della crosta oceanica (dove una delle placche tettoniche della Terra scorre sotto l'altra).

I loro risultati hanno scoperto una barriera alla subduzione del carbonato oltre le profondità di circa 1, 000 km, dove reagisce con la silice nella crosta oceanica per formare diamanti che vengono immagazzinati nelle profondità della Terra su scale temporali geologiche.

Il Dr. James Drewitt della School of Earth Sciences spiega:"I minerali di carbonato rimangono stabili attraverso il mantello inferiore della Terra, e se no, quali variazioni di pressione/temperatura sono necessarie per innescare le reazioni tra i minerali e che aspetto hanno? Queste sono le domande a cui volevamo trovare le risposte e l'unico modo per ottenere quelle risposte era riprodurre le condizioni dell'interno della Terra".

Il Dr. Drewitt e il suo team hanno sottoposto rocce carbonatiche sintetiche a pressioni e temperature molto elevate paragonabili alle condizioni della Terra profonda fino a 90 GPa (circa 900, 000 atmosfere) e 2000 gradi C utilizzando una cella a incudine diamantata riscaldata al laser. Hanno scoperto che il carbonato rimane stabile fino a una profondità di 1, 000-1, 300 km, quasi a metà del nucleo.

In queste condizioni il carbonato reagisce quindi con la silice circostante per formare un minerale noto come bridgmanite, che costituisce la maggior parte del mantello terrestre. Il carbonio rilasciato da questa reazione è sotto forma di anidride carbonica solida. Quando il caldo mantello circostante alla fine riscalda la lastra subdotta, questo solido biossido di carbonio si scompone per formare diamanti super profondi.

Il Dr. Drewitt aggiunge:"Alla fine i diamanti superprofondi potrebbero essere riportati in superficie sotto forma di pennacchi di mantello ascendenti, e questo processo potrebbe rappresentare una delle fonti di diamanti superprofondi che troviamo in superficie e che forniscono l'unica prova diretta che abbiamo della composizione della terra profonda.

"Questo è eccitante perché la profondità più profonda che gli umani siano mai stati in grado di perforare è di circa 12 km, meno della metà della profondità della crosta terrestre. Questo impallidisce in confronto all'enorme scala del mantello terrestre, che si estende a quasi 3, 000 km di profondità."

Il team ha utilizzato una cella a incudine di diamante per generare pressioni equivalenti a quelle trovate a queste profondità, caricare i campioni al microscopio in una camera a pressione forata da una guarnizione metallica che viene poi compressa tra la qualità della gemma, incudini di diamanti taglio brillante. La struttura cristallina di questi campioni è stata quindi analizzata utilizzando la diffrazione dei raggi X presso l'impianto di sincrotrone del Regno Unito nell'Oxfordshire.

Il Dr. Drewitt ora prevede di applicare questi esperimenti ad alta pressione e ad alta temperatura insieme a tecniche avanzate di simulazione al computer ad altri minerali e materiali, aggiungendo:"Oltre al carbonio, ci sono potenzialmente molte acque oceaniche trasportate in profondità nel mantello, e quando rilasciato questo indurrà lo scioglimento del mantello superiore e inferiore della Terra.

"Però, non possiamo testare o comprendere adeguatamente i modelli attuali del comportamento dinamico di questa roccia fusa ricca di acqua perché non conosciamo la loro composizione o le loro proprietà fisiche. Gli esperimenti in condizioni estreme e le simulazioni al computer avanzate su cui stiamo attualmente lavorando aiuteranno a risolvere questi problemi".