L'acciaio si arrugginisce a causa dell'acqua e dell'aria sulla superficie terrestre. Ma che dire delle profondità interne della Terra?

Il nucleo della Terra è il più grande deposito di carbonio sulla Terra:circa il 90% è sepolto lì. Gli scienziati hanno dimostrato che la crosta oceanica che si trova sopra le placche tettoniche e cade all'interno, per subduzione, contiene minerali idrati e talvolta può scendere fino al confine nucleo-mantello. La temperatura al confine tra nucleo e mantello è almeno due volte più calda della lava e abbastanza alta da consentire il rilascio di acqua dai minerali idrati. Pertanto, al confine tra nucleo e mantello terrestre potrebbe verificarsi una reazione chimica simile all'acciaio arrugginito.

Byeongkwan Ko, un recente dottorato di ricerca presso l'Arizona State University. laureato e i suoi collaboratori hanno pubblicato le loro scoperte sul confine nucleo-mantello in Lettere di ricerca geofisica . Hanno condotto esperimenti presso l'Advanced Photon Source presso l'Argonne National Laboratory, dove hanno compresso la lega ferro-carbonio e l'acqua alla pressione e alla temperatura previste al confine tra nucleo e mantello terrestre, fondendo la lega ferro-carbonio.

I ricercatori hanno scoperto che acqua e metallo reagiscono e producono ossidi di ferro e idrossidi di ferro, proprio come accade con la ruggine sulla superficie terrestre. Tuttavia, hanno scoperto che per le condizioni del confine tra nucleo e mantello il carbonio esce dalla lega liquida ferro-metallo e forma il diamante.

"La temperatura al confine tra il mantello di silicato e il nucleo metallico a 3.000 km di profondità raggiunge circa 7.000 F, che è sufficientemente alta perché la maggior parte dei minerali perda H₂ O catturati nelle loro strutture su scala atomica", ha affermato Dan Shim, professore presso la School of Earth and Space Exploration dell'ASU. "In effetti, la temperatura è abbastanza alta che alcuni minerali dovrebbero sciogliersi in tali condizioni."

Poiché il carbonio è un elemento che ama il ferro, si prevede che nel nucleo ci sia carbonio significativo, mentre si pensa che il mantello abbia un carbonio relativamente basso. Tuttavia, gli scienziati hanno scoperto che nel mantello esiste molto più carbonio del previsto.

"Alla pressione prevista per il confine tra nucleo e mantello della Terra, la lega di idrogeno con il liquido di ferro metallico sembra ridurre la solubilità di altri elementi leggeri nel nucleo", ha affermato Shim. "Pertanto, la solubilità del carbonio, che probabilmente esiste nel nucleo terrestre, diminuisce localmente dove l'idrogeno entra nel nucleo dal mantello (attraverso la disidratazione). La forma stabile del carbonio alle condizioni di pressione-temperatura del confine tra nucleo e mantello terrestre è il diamante . Quindi il carbonio che fuoriesce dal nucleo esterno liquido diventerebbe diamante quando entra nel mantello."

"Il carbonio è un elemento essenziale per la vita e svolge un ruolo importante in molti processi geologici", ha affermato Ko. "La nuova scoperta di un meccanismo di trasferimento del carbonio dal nucleo al mantello farà luce sulla comprensione del ciclo del carbonio nell'interno profondo della Terra. Ciò è ancora più eccitante dato che la formazione di diamanti al confine tra nucleo e mantello potrebbe essere stata in corso da miliardi di anni dall'inizio della subduzione sul pianeta."

Il nuovo studio di Ko mostra che il carbonio che fuoriesce dal nucleo nel mantello da questo processo di formazione del diamante può fornire abbastanza carbonio per spiegare le elevate quantità di carbonio nel mantello. Ko ei suoi collaboratori hanno anche previsto che strutture ricche di diamanti possono esistere al confine tra nucleo e mantello e che gli studi sismici potrebbero rilevare le strutture perché le onde sismiche dovrebbero viaggiare insolitamente veloci per le strutture.

"Il motivo per cui le onde sismiche dovrebbero propagarsi eccezionalmente velocemente attraverso strutture ricche di diamanti al confine tra nucleo e mantello è perché il diamante è estremamente incomprimibile e meno denso di altri materiali al confine tra nucleo e mantello", ha affermato Shim.

Ko e il team continueranno a studiare come la reazione può anche modificare la concentrazione di altri elementi leggeri nel nucleo, come silicio, zolfo e ossigeno, e come tali cambiamenti possono influire sulla mineralogia del mantello profondo. + Esplora ulteriormente

Isotopi di ferro pesanti che fuoriescono dal nucleo terrestre