Dyb kappe kemi overraskelse:Kulstofindhold ikke ensartet

Selvom kulstof er et af de mest udbredte grundstoffer på Jorden, det er faktisk meget svært at afgøre, hvor meget af det findes under overfladen i Jordens indre. Analyse foretaget af Carnegies Marion Le Voyer og Erik Hauri af krystaller indeholdende fuldstændig indesluttet kappemagma med dets oprindelige kulstofindhold bevaret har fordoblet verdens kendte fund af kappekul. Resultaterne er offentliggjort i Naturkommunikation .

Samlet set, der er meget om kulstofkemi, der finder sted under jordskorpen, som forskerne stadig ikke forstår. I særdeleshed, mængden af ​​kulstof i jordens kappe har været genstand for hed debat i årtier. Dette emne er af interesse, fordi mængden af ​​kulstof til stede i kappen understøtter vores planets geologiske processer, herunder udløsning af vulkansk aktivitet og opretholdelse af biosfæren. Det påvirker også vores atmosfære, når kuldioxidgas frigives ved udbrud; vulkanudbrud spillede en stor rolle i forhistoriske klimavariationer.

Men det er svært at måle mængden af ​​kulstof, der findes under jordens overflade. Forskere kan studere de magmatiske bjergarter, der dannes, når kappen smelter, kaldet magma, steg op til overfladen, brød ud som lava, og hærdet igen for at skabe en sten, der kaldes basalt. Imidlertid, processen med opstigning og udbrud frigiver næsten al magmaens kulstof som kuldioxidgas, hvilket gør de udbrudte basaltiske bjergarter til dårlige indikatorer for mængden af ​​kulstof, der var i de magmaer, hvorfra de er dannet.

"Sådan sker eksplosive udbrud, "Hauri forklarede. "Det pludselige katastrofale tab af gas, der, før udbruddet, blev opløst i magmaen ved højt tryk, men under udbruddet har ingen andre steder at tage hen, efterlader ingen spor efter udbrud i den hærdede basalt af den mængde kulstof, der først er til stede."

Men Le Voyer, Hauri, og deres hold analyserede nogle basaltprøver fra den ækvatoriale midtatlantiske højderyg, der indeholdt tidligere ustuderede bittesmå magmatiske indeslutninger, små lommer af ren magma, der var fuldstændig fanget inde i faste krystaller, der beskyttede dem mod afgasning under magma-opstigning og udbrud. Analyse viste, at disse indeslutninger havde fanget deres oprindelige kulstofindhold, før de brød ud på havbunden.

"Dette er kun anden gang, at prøver af magma, der indeholder deres oprindelige kulstofindhold, nogensinde er blevet fundet og analyseret, fordoble vores viden om regionens kulstofkemi, " sagde Hauri.

De allerførste prøver, der indeholdt deres originale kulstof, blev også afsløret hos Carnegie, af Hauri og Brown University professor Alberto Saal, i 2002. Disse prøver kom fra Stillehavets havbund. Sammenligning af dataene for disse to prøver afslørede, at kappens kulstofindhold er meget mindre ensartet, end forskerne tidligere havde forudsagt, varierende med så meget som to størrelsesordener i forskellige dele af kappen.

"Vores opdagelse af, at kappekul har en mere kompleks fordeling end tidligere antaget, har mange implikationer for, hvordan kappeprocesser kan variere afhængigt af placering, " tilføjede Le Voyer, som udførte denne forskning som postdoc hos Carnegie og er nu ved University of Maryland.