Det meste af jordens kulstof var skjult i kernen i dens formative år

Kulstof er essentielt for livet, som vi kender det og spiller en afgørende rolle i mange af vores planets geologiske processer – for ikke at nævne den indvirkning, som kulstof frigivet af menneskelig aktivitet har på planetens atmosfære og oceaner. På trods af dette, den samlede mængde kulstof på Jorden forbliver et mysterium, fordi meget af det forbliver utilgængeligt i planetens dybder.

Nyt værk udgivet i denne uge i Proceedings of the National Academy of Sciences afslører, hvordan kulstof opførte sig under Jordens voldsomme dannelsesperiode. Resultaterne kan hjælpe forskere med at forstå, hvor meget kulstof der sandsynligvis eksisterer i planetens kerne, og de bidrag, det kan give til den kemiske og dynamiske aktivitet, der forekommer der - inklusive til den konvektive bevægelse, der driver det magnetiske felt, der beskytter Jorden mod kosmisk stråling.

Jordens kerne består for det meste af jern og nikkel, men dens tæthed indikerer tilstedeværelsen af ​​andre lettere elementer, såsom kulstof, silicium, ilt, svovl, eller brint. Det har længe været mistanke om, at der gemmer sig et enormt kulstofreservoir dernede. Men for at forsøge at kvantificere det, forskerholdet brugte laboratoriemimik til at forstå, hvordan det kom ind i kernen i første omgang.

Gruppen bestod af Harvard Universitys Rebecca Fischer, Smithsonian Institution's Elizabeth Cottrell og Marion Le Voyer, begge tidligere Carnegie postdoc-stipendiater, Yale Universitys Kanani Lee, og Carnegies afdøde Erik Hauri, mindet om hvem forfatterne anerkender.

"For at forstå nutidens jordens kulstofindhold, vi gik tilbage til vores planets babytid, da det samlede sig fra materiale, der omgav den unge Sol og til sidst adskilte sig i kemisk adskilte lag - kerne, kappe, og skorpe, " sagde Fischer. "Vi satte os for at bestemme, hvor meget kulstof der kom ind i kernen under disse processer."

Dette blev opnået ved laboratorieeksperimenter, der sammenlignede kulstofs forenelighed med silikaterne, der udgør kappen, med dets forenelighed med det jern, der udgør kernen, mens det var under ekstreme tryk og temperaturer, der findes dybt inde i Jorden i dens formationsperiode.

"Vi fandt ud af, at der ville være blevet mere kulstof i kappen, end vi tidligere anede, " forklarede Cottrell. "Dette betyder, at kernen skal indeholde betydelige mængder af andre lettere elementer, såsom silicium eller oxygen, som begge bliver mere tiltrukket af jern ved høje temperaturer."

På trods af denne overraskende opdagelse, størstedelen af ​​Jordens samlede kulstofbeholdning findes sandsynligvis nede i kernen. Men det udgør stadig kun en ubetydelig komponent af kernens samlede sammensætning.

"Samlet set, dette vigtige arbejde forbedrer vores forståelse af, hvordan Jordens kulstof blev akkumuleret under den planetariske dannelsesproces og sekvestreret i kappen og kernen, efterhånden som de blev kemisk differentieret, " konkluderede Richard Carlson, direktør for Carnegies Earth and Planets Laboratory, hvor Hauri arbejdede. "Jeg ville kun ønske, at Erik stadig var hos os for at se resultaterne offentliggjort i denne uge."