Учёные проливают свет на погружение углерода в глубокие недра Земли

Исследователи из Университета Байройта, используя возможности Европейского источника синхротронного излучения (ESRF) в Гренобле, экспериментально показали, как карбонатные минералы могут транспортировать углерод в нижнюю мантию Земли. Работа, опубликованная в Nature Communications, раскрывает механизмы, лежащие в основе глубокого углеродного цикла.

Понимание стабильности карбонатов в экстремальных условиях имеет ключевое значение для глобального углеродного цикла, поскольку до 90% углерода Земли может находиться в её мантии и ядре. Углерод постоянно перераспределяется между поверхностью и глубинными недрами в результате тектоники плит, конвекции и субдукции. Новые данные о поведении углерода на глубине помогают оценить его долгосрочную судьбу, включая процессы, компенсирующие современные выбросы CO₂.

Учёные исследовали поведение чистого карбоната железа FeCO₃ (сидерита) при температурах свыше 2500 K и давлениях до 100 ГПа, что соответствует условиям всей мантии. При нагреве до ~50 ГPa FeCO₃ частично диссоциировал, образуя оксиды железа. Однако при давлениях выше ~75 ГПа были обнаружены два новых соединения: тетражелезо (III) ортокарбонат Fe₄³⁺C₃O₁₂ и дижелезо (II) дижелезо (III) тетракарбонат Fe₂²⁺Fe₂³⁺C₄O₁₃. Тетракарбонат Fe₄C₄O₁₃ показал беспрецедентную структурную стабильность вплоть до глубин около 2500 км, близких к границе мантии и ядра.

«Исследование демонстрирует важность реакций окисления и восстановления (редокс) в глубоком углеродном цикле, которые неизбежно связаны с другими циклами летучих веществ, таких как кислород», — подчёркивает Катерин Маккаммон из Университета Байройта.