Глибинний вуглець може повертатись на поверхню

Розуміння вуглецевого циклу є життєво необхідною частиною усвідомлення того, як наша планета реагує на постійне потепління, особливо тому, що воно спричинене все більш високим рівнем вуглекислого газу в атмосфері.

Одним провокуючим аспектом цього циклу є участь в ньому того вуглецю, що зберігається глибоко в надрах Землі.

В земній мантії є велика кількість води, шари планети простягаються на сотні миль нижче земної кори, але мало відомо про те, як змінюється вода в екстремальних умовах — за тиску понад 1500 МН/м ² та при температурі понад 1300 С.

Комп’ютерне відтворення реакції води під сильним тиском допомагає геохімікам зрозуміти, як вуглець може проникати в глибини Землі на сотні кілометрів. Вуглецеві сполуки є основою життя. Вони є складовою частиною нашого палива та спричиняють кліматичні зміни. Кругообіг вуглецю в океанах, атмосфері та поверхні земної кори ктивно вивчається, але дуже мало відомо про те, що відбувається з вуглецем глибоко в Землі.

«Ми намагаємося зрозуміти, чи можливо транспортувати вуглець з глибин Землі через збагачене водою рідке середовище,» — сказав співавтор Дмитро Свірженський, професор наук про Землю та планети Університету Джона Гопкінса.

Свірженський, разом з колегами з Каліфорнійського університету в Девісі та Технологічного центру Шел (Shell) в Балгалорі, Індія, ]]> працювали над дослідженням, котре було нещодавно опубліковане ]]> в журналі Proceeding soft the National Academy of Sciences. Вони оприлюднили результати комп’ютерного відтворення поведінки води під величезним тиском, імітуючи ту воду, що знаходиться в земній мантії.

«Враховуючи, що нам, власне, не вдалося створити підводних апаратів, які б також пробурили шлях вглиб земної мантії, не дивно, що ми не маємо жодних достовірних даних, про те, як реагує вода на такий тиск. Вода в мантії піддаватиметься тиску понад 1500 МН/м ² та температурі понад 1300 С.»

Джулія Галлі, професор хімії та фізики Каліфорнійського університету в Девісі та співавтор статті, відмічає, що відтворити ці умови для експерименту буде дуже тяжко. Хоча геохіміки мають моделі для розуміння глибин Землі, у них немає жодних даних для діелектричної константи, яка визначає, як мінерали розчиняються у воді.

«Коли люди використовують моделі для розуміння Землі, їм потрібно закласти діелектричну константу води, проте таких даних для цих глибин немає», — каже Галлі.

Дослідники припустили, що вуглець, схований у вигляді карбонату в раковинах малесеньких морських істот, опускається на дно океану та заноситься в мантію при зануренні плит земної кори, потім рециркулює і виходить через вулкани,» — каже Свірженський. — «Проте не існує механізму, щоб пояснити як це відбувається».

А от Дінг Пен (Ding Pan), дослідник з Каліфорнійського університету в Девісі, котрий створив комп’ютерну модель для прогнозування поведінки води в умовах екстремального тиску та температур, заявляє, що діелектрична константа значно змінюється при таких умовах.

Комбінування цієї нової інформації з наявною глибинною моделлю дозволило дослідникам визначити, що сполуки вуглецю, такі як карбонат магнію, принаймні частково розчиняються у воді на цих глибинах, що дозволяє йому (вуглецю) повернутись на поверхню.

«Вважалося, що ця сполука залишається суцільною, проте ми показали, що принаймні частина її може розчинятися і повертатися на поверхню, можливо, через вулкани», — заявив Свірженський. — За геологічною шкалою часу таким чином може переміщуватися багато матеріалів».

Вчений вірить, що це відкриття стане першим кроком до розуміння того, як вуглець з глибин Землі може повертатися на поверхню.