Nuove scoperte geologiche sulla composizione del mantello terrestre stanno aiutando gli scienziati a comprendere meglio la stabilità climatica a lungo termine e persino il modo in cui le onde sismiche si muovono attraverso gli strati del pianeta.

La ricerca di un team che include scienziati della Case Western Reserve University si è concentrata sul "ciclo profondo del carbonio, " parte del ciclo complessivo attraverso il quale il carbonio si muove attraverso i vari sistemi della Terra.

In termini più semplici, il ciclo del carbonio profondo prevede due fasi:

1. carbonio superficiale, per lo più sotto forma di carbonati, viene portato nel mantello profondo per subduzione delle placche oceaniche nelle fosse oceaniche.
2. Quel carbonio viene poi restituito all'atmosfera come anidride carbonica (CO ₂ ) attraverso processi di fusione del mantello e degassamento del magma nei vulcani

Gli scienziati sospettano da tempo che pezzi parzialmente fusi di questo carbonio siano ampiamente distribuiti in tutto il mantello solido della Terra.

Quello che non hanno compreso appieno è quanto in basso nel mantello potrebbero essere trovati, o come il movimento geologicamente lento del materiale contribuisce al ciclo del carbonio in superficie, che è necessario per la vita stessa.

Connessione profonda tra carbonio e cambiamento climatico

"Il ciclo del carbonio tra la superficie e l'interno profondo è fondamentale per mantenere il clima della Terra nella zona abitabile a lungo termine, il che significa centinaia di milioni di anni, " ha detto James Van Orman, un professore di geochimica e fisica dei minerali presso il College of Arts and Sciences della Case Western Reserve e autore dello studio, recentemente pubblicato su Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze .

"Proprio adesso, abbiamo una buona conoscenza dei giacimenti superficiali di carbonio, ma so molto meno sullo stoccaggio del carbonio nelle profondità interne, che è anche fondamentale per il suo ciclismo".

Van Orman ha affermato che questa nuova ricerca ha mostrato, sulla base di misurazioni sperimentali delle proprietà acustiche dei fusi di carbonato, e confronto di questi risultati con i dati sismologici:è probabile che una piccola frazione (meno di un decimo dell'1%) di fusione di carbonato sia presente in tutto il mantello a profondità di circa 180-330 km.

"Sulla base di questa inferenza, possiamo ora stimare la concentrazione di carbonio nel mantello superiore profondo e dedurre che questo serbatoio contiene una grande massa di carbonio, più di 10, 000 volte la massa di carbonio nell'atmosfera terrestre, "Ha detto Van Orman.

È importante, Van Orman ha detto, perché i cambiamenti graduali nella quantità di carbonio immagazzinato in questo grande serbatoio, a causa dello scambio con l'atmosfera, potrebbe avere un effetto corrispondente sulla CO ₂ nell'atmosfera, e quindi sul cambiamento climatico a lungo termine.

Il primo autore dell'articolo è Man Xu, che ha svolto gran parte del lavoro come dottorato di ricerca. studente alla Case Western Reserve ed è ora borsista post-dottorato presso l'Università di Chicago.

Altri sul progetto provenivano dalla Florida State University, l'Università di Chicago e la Southern University of Science and Technology (SUSTech) di Shenzhen, Cina.

Spiegazione delle differenze di velocità delle onde sismiche

La ricerca fa luce anche sulla sismologia, particolarmente profonda ricerca della terra.

Un modo in cui i geologi comprendono meglio l'interno profondo è misurare il modo in cui le onde sismiche generate dai terremoti - onde di compressione in rapido movimento e onde di taglio più lente - si muovono attraverso gli strati della Terra.

Gli scienziati si sono a lungo chiesti perché la differenza di velocità tra i due tipi di onde sismiche, le onde P e le onde S, abbia raggiunto il picco a una profondità di circa 180-330 chilometri all'interno della Terra.

I fusi ricchi di carbonio sembrano rispondere a questa domanda:piccole quantità di questi fusi potrebbero essere disperse in tutto il mantello superiore profondo e spiegherebbero il cambiamento di velocità, mentre le onde si muovono in modo diverso attraverso i fusi.