Küresel karbon döngüsünü anlamak; bilim insanlarına gezegenin yaşanabilirliği hakkında hayati ipuçları sağlar. Örneğin, Dünya’nın Venüs’le karşılaştırıldığında istikrarlı bir iklim ve düşük karbondioksit atmosferine sahip olması ve Venüs’ün yüksek yüzey sıcaklıklarına ve kalın bir karbondioksit atmosferine sahip kaçak bir sera durumunda olmasının nedeni budur.
Dünya ile Venüs arasındaki en büyük farklardan biri, çevremizi güneş sistemimizde benzersiz kılan aktif plaka tektoniğinin varlığıdır. Ancak atmosfer, okyanuslar ve Dünya’nın kabuğu; hikayenin sadece bir kısmı. Dünya hacminin %75’ini temsil eden manto; potansiyel olarak, diğer tüm rezervlerden daha fazla karbon tutar.
Organik yaşamın temel yapı taşlarından biri olan karbon; katı gömleğin erime noktasını büyük ölçüde düşürerek, yakıt olarak sığ karbonatlı eritmeler (karbonca zengin erimiş kayaçlar) oluşturarak, Dünya’nın içine alınır. Karbonat mineralleri ayrıca Dünya’da daha derine taşınarak, alt mantoya ulaşabilir, ancak sonraki aşama belirsizdir.
Bu soruyu cevaplamak zorluklarla dolu: Dünyanın derinliklerindeki koşullar aşırıdır ve mantodan örnekler nadirdir. Çözüm, laboratuarda bu koşulları sofistike teknolojiyi kullanarak yeniden oluşturmaktır.
Bristol Üniversitesi‘nden deneysel jeoloji uzmanı ekibi bunu başardı. Earth and Planetary Science Letters’da; açık erişim yayınlanmış sonuçları, okyanus kabuğunun (Dünya’nın tektonik plakalarından birinin diğerinin altına kaydığı) mantoya taşındığında karbonat minerallerine ne olduğu konusunda yeni ipuçları ortaya koymaktadır. Bulguları; karbonatın yaklaşık 1000 km derinliklerin ötesine yayılmasının önündeki engelleri ortaya çıkardı. Burada okyanus kabuğundaki silika ile jeolojik zaman ölçekleri üzerinde depolanan elmasları oluşturmak için, başka elmaslar oluşturuyor.
Yer Bilimleri Fakültesi’nden Dr. James Drewitt: “Dünyadaki alt mantoda karbonat mineralleri sabit kalıyor mu, değilse mineraller arasındaki reaksiyonlar; kıvılcım çıkarmak için hangi basınç / sıcaklık değişikliklerini yapıyor. Bunlar nasıl görünüyorlar? Cevapları bulmak istediğimiz sorular ve bu cevapları almanın tek yolu; dünyanın iç koşullarını yeniden üretmekti.”
Dr Drewitt ve ekibi; lazerle ısıtılmış bir elmas örs hücresi kullanarak, 90 GPa’ya (yaklaşık 900.000 atmosfer) ve 2000°C’ye kadar olan derin Dünya koşullarıyla karşılaştırılabilir çok yüksek basınçlara ve sıcaklıklara sentetik karbonat kayaları maruz bıraktılar. Karbonatın, çekirdeğin neredeyse yarısına kadar olan 1000-1.300 km derinliğe kadar sabit kaldığını buldular.
Bu koşullar altında karbonat; daha sonra, dünya mantosunun çoğunu oluşturan, bridmanit denilen bir mineral oluşturmak üzere, çevredeki silika ile reaksiyona girer. Bu reaksiyonla salınan karbon; katı karbondioksit formundadır. Sıcak tarafından çevrelenen manto sonunda; sübvansiyonlu levhayı ısıtırken, bu katı karbondioksit süper elmasları oluşturmak için parçalanır.
Dr Drewitt: “Sonunda superdeep elmaslar, dik duran manto katmanında yüzeye geri döndürülebilir. Bu işlem; yüzeyde bulduğumuz ve kompozisyon hakkında elimizdeki tek doğrudan kanıtı sağlayan superdeep elmas kaynaklarından birini temsil edebilir.”
Ekip, bu derinliklerde bulunanlara eşdeğer basınçlar üretmek için bir elmas örs hücresi kullandı. Örnekleri mikroskop altında metal bir contadan delinmiş, bir basınç odasına yükleyerek daha sonra mücevher kalitesi, parlak elmaslı örgüler arasında sıkıştırıldı. Bu örneklerin kristal yapısı daha sonra Oxfordshire’daki UK Synchrotron Tesisi’nde x-ışını kırınımı kullanılarak, analiz edildi.
Dr Drewitt şimdi bu yüksek basınçlı ve yüksek sıcaklık deneylerini ileri bilgisayar simülasyon teknikleriyle birlikte diğer mineraller ve malzemelerle de uygulamayı planlıyor.
Dr. Drewitt: “Karbonun yanı sıra, mantoların derinliklerine taşınan potansiyel olarak birkaç okyanusun su değeri de var. Bu, dünyanın üst ve alt mantosunun erimesine neden olacaktır. Ancak, bu su bakımından zengin erimiş kayaların dinamik davranışının mevcut modellerini yeterince test edemiyoruz ya da anlayamıyoruz. Çünkü bileşimlerini ya da fiziksel özelliklerini bilmiyoruz. Aşırı koşullarda ve şu an üzerinde çalıştığımız gelişmiş bilgisayar simülasyon deneyleri yardımcı olacaktır.”