Hvordan blev kulstofindholdet i terrestriske og månekapper fastslået?

Kulstof afgasset fra planetariske kapper ved vulkansk aktivitet spiller en vigtig rolle i det planetariske overflademiljø. Imidlertid, hvordan kulstofindholdet i jordens kappe blev etableret er stadig dårligt forstået. Her viser vi, at planetembryonernes kappe kan være blevet næsten mættet med kulstof ved nye højtryksforsøg og påpeger, at kulstofopløseligheden af ​​magma er meget i overensstemmelse med det estimerede kulstofindhold i jord- og månekapper.

Ifølge teorien om planetdannelse, klippelegemer som Jorden blev dannet ved gentagne kollisioner fra støvede materialer. I denne proces, et antal planetembryoner på størrelse med Merkur eller Mars, blev dannet, og til sidst smeltede disse kroppe sammen og dannede jordiske planeter i vores solsystem. Under dannelsen af ​​planetariske embryoner, det indre af disse kroppe var sandsynligvis smeltet på grund af varmen fra strålingsnedbrydende elementer og en kollisionsenergi fra planetembryonerne. På dette tidspunkt, jern og silikat adskilles, og danner den metalliske kerne og silikatkappen. Elementær opdeling sker mellem den metalliske kerne og kappen, og siderofile (jernelskende) elementer fjernes fra kappen.

Tidligere undersøgelser har eksperimentelt undersøgt kulstoffordeling mellem flydende kerne og smeltet kappe i terrestriske planeter, og påpegede, at kulstof opdelt i kappen var meget mindre end det estimerede kulstofindhold i jordens kappe i dag. Dermed, hvordan og hvornår det meste af kulstoffet i jordens kappe blev leveret ind var et stort mysterium.

I tidligere forsøg, prøven var mættet med kulstof på grund af brugen af ​​en grafitkapsel. Imidlertid, i betragtning af kulstofindholdet i kondritter, der betragtes som jordens vigtigste byggesten, det er usandsynligt, at hovedparten af ​​Jorden er mættet med kulstof. I øvrigt, elementopdelingen mellem to faser varierer med koncentrationen af ​​elementet af interesse, selvom tryk- og temperaturbetingelserne er identiske. Dermed, der skal udvises forsigtighed, når tidligere forsøgsresultater under kulstofmættede forhold gælder for terrestriske planeter. Alligevel, virkningen af ​​kulstofkoncentrationen på dens metal-silikat-opdelingsadfærd blev ikke undersøgt. Forskere fra Ehime University, Kyoto Universitet, og Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology (JAMSTEC) udførte nye højtryksforsøg på kulstoffordeling mellem metal og silikat ved hjælp af kondritiske udgangsmaterialer og en SiO ₂ glaskapsel i stedet for en grafitkapsel.

Som resultat, de fandt, at kulstoffet delte sig i smeltet silikat i prøven ved hjælp af en SiO ₂ kapslen var næsten mættet med kulstof. Dette tyder på, at hvis planetariske embryoner indeholdt den samme mængde kulstof som chondrit, deres kapper kan også have været næsten mættede med kulstof. Ud over, hvis blandingen mellem metallisk kerne og kappe ikke var effektiv under sammensmeltningen af ​​planetariske embryoner, kappen af ​​protoplaneter forventes at tilbageholde næsten mættede mængder kulstof. Ja, opløseligheden af ​​kulstof i magma, der ækvilibrerer med metallisk jern, er meget i overensstemmelse med opløseligheden i jordens kappe, tyder på, at kulstofindholdet i jordens kappe kan være en naturlig konsekvens af kernekappens opdeling af kulstof under dannelsen af ​​Jorden.