Nelle particolari condizioni presenti nelle profondità del mantello terrestre, i carbonati di ferro possono svolgere un ruolo nella formazione dei diamanti, ha scoperto un team internazionale di ricercatori.
Diamanti estratti da profondità di circa 700 km. portano inclusioni che contengono carbonati, fornendo prove dirette che i carbonati esistono a tali profondità. Però, la loro gamma di stabilità, strutture cristalline e le condizioni termodinamiche del processo di decarbonatazione non sono ben comprese.
Gli scienziati – provenienti dalla Russia, Francia, Germania, Italia e Stati Uniti – hanno studiato questi carbonati simulando le peculiari condizioni che caratterizzano il mantello profondo della Terra, Compreso:
Ovviamente, la maggior parte dei composti chimici che sono stabili sulla superficie terrestre non possono esistere in condizioni così estreme.
Però, gli scienziati hanno trovato alcuni valori anomali. Nello specifico, la loro ricerca ha rivelato che in queste condizioni, possono esistere molecole di carbonato, e può riorganizzarsi in modo che il carbonio porti un atomo di ossigeno in più, formando una forma tetraedrica.
Il team ha rilevato per la prima volta due nuovi composti, compreso un cosiddetto "tetracarbonato" che ha il potenziale per sopravvivere in profondità nel mantello inferiore della Terra.
I risultati del loro lavoro indicano che una delle nuove strutture cristalline è insolitamente stabile e mantiene la sua struttura nelle condizioni presenti nel mantello terrestre, a una profondità di 2, 500 km – vicino al punto in cui il mantello incontra il nucleo terrestre.
Attraverso il processo di autoossidazione, i carbonati possono rimanere conservati in profondità nel mantello terrestre, contribuendo così alla formazione del diamante.
La ricercatrice Skoltech Leyla Ismailova, uno dei coautori dello studio, ha dichiarato:"Questa scoperta può fornirci una migliore comprensione delle reazioni di autoossidazione nella Terra e del ruolo che il nostro pianeta svolge nel ciclo del carbonio".
Per simulare le condizioni del mantello profondo, il team ha generato pressioni e temperature elevate utilizzando celle di incudine diamantate riscaldate al laser. Un campione molto piccolo (da 10 a 15 micron) è stato schiacciato tra una coppia di diamanti con un raggio laser focalizzato su di essi. Il team ha quindi utilizzato i raggi X di sincrotrone per esaminare il contenuto e la struttura dei campioni presso l'European Synchrotron Radiation Facility (Francia) e l'Advanced Photon Source (Stati Uniti). Presso le stesse strutture, utilizzando una spettroscopia di sincrotrone Mössbauer, sono stati in grado di misurare piccoli cambiamenti nei livelli di energia atomica di Fe, che è cruciale per determinare lo stato di valenza di nuovi carbonati di ferro ad alta pressione.
