Illustrazione della struttura della Terra da una simulazione di ricerca che studia la composizione del nucleo esterno del pianeta. Le sfere scure nel nucleo rappresentano il ferro e le sfere marroni rappresentano gli atomi di carbonio. Il percorso compiuto dagli atomi di carbonio durante la simulazione è mostrato da linee tan. Credito: Suraj Baggin

Nuova ricerca da Università statale della Florida E la Rice University fornisce una stima migliore della quantità di carbonio nel nucleo esterno della Terra, e il lavoro suggerisce che il nucleo potrebbe essere il più grande serbatoio di questo elemento del pianeta.

Ricerca pubblicata sulla rivista Comunicazioni Terra e Ambiente, si stima che dallo 0,3 al 2,0 percento del nucleo esterno della Terra sia carbonio.

Sebbene il contenuto di carbonio sia basso, è comunque una quantità enorme perché il nucleo esterno è così grande. I ricercatori hanno stimato che il nucleo esterno contiene tra 5,5 e 36,8 x 10^24 grammi di carbonio, un numero enorme.

“Comprendere la composizione del nucleo terrestre è uno dei maggiori problemi nelle scienze della Terra solida”, ha affermato il co-autore Mainak Mukherjee, professore associato di geologia presso il Dipartimento di Scienze della Terra, dell’Oceano e dell’Atmosfera. “Sappiamo che il nucleo del pianeta è in gran parte costituito da ferro, ma la densità del ferro è maggiore di quella del nucleo. Ci devono essere elementi più leggeri nel nucleo che ne riducono la densità. Il carbonio è una considerazione e forniamo vincoli migliori su quanto è probabile che ci sia.”

Ricerche precedenti hanno stimato la quantità totale di carbonio sul pianeta. Questo lavoro affina le stime del contenuto di carbonio della Terra in un intervallo da circa 990 parti per milione a più di 6.400 parti per milione. Ciò significa che il nucleo della Terra, che include sia il nucleo esterno che il nucleo interno, potrebbe contenere dal 93 al 95 percento del carbonio del pianeta.

Poiché gli umani non hanno accesso al nucleo terrestre, devono utilizzare metodi indiretti per analizzarlo. Il team di ricerca ha confrontato la velocità nota delle onde sonore di compressione che viaggiano attraverso la Terra con modelli informatici che simulano diverse composizioni di ferro, carbonio e altri elementi leggeri in condizioni di pressione e temperatura nel nucleo esterno della Terra.

“Quando la velocità delle onde sonore nelle nostre simulazioni corrispondeva alla velocità osservata delle onde sonore che viaggiano attraverso la Terra, sapevamo che la simulazione corrispondeva alla composizione chimica effettiva del nucleo esterno”, ha affermato l’autore principale e ricercatore postdottorato Suraj Bagen.

Gli scienziati hanno precedentemente cercato di fornire un intervallo per la quantità di carbonio nel nucleo esterno. Questa ricerca restringe l’ambito potenziale includendo altri elementi fotonici, come ossigeno, zolfo, silicio, idrogeno e azoto, in modelli che stimano la formazione del nucleo esterno.

Proprio come l’idrogeno, l’ossigeno e altri elementi, il carbonio è un elemento essenziale della vita. Fa parte di ciò che rende possibile la vita sulla Terra.

“È una domanda naturale chiedersi da dove provenga questo carbonio di cui tutti siamo fatti e quanto carbonio è stato originariamente risparmiato quando si è formata la Terra”, ha detto Mukherjee. “Dov’è la maggior parte del carbonio che si trova ora? Come risiedeva e come si spostava tra i diversi serbatoi? Comprendere lo stock di carbonio totale è ciò che questo studio ci fornisce informazioni”.

Sapere quanto carbonio c’è sulla Terra aiuterà gli scienziati a comprendere meglio la composizione del nostro pianeta e quella dei pianeti rocciosi in altre parti dell’universo.

“C’è stata molta attività nell’ultimo decennio per determinare il bilancio del carbonio del nucleo terrestre utilizzando modelli cosmologici e geochimici”, ha detto il coautore dello studio Rajdeep Dasgupta, Maurice Ewing Professor di Scienze della Terra, dell’Ambiente e del Pianeta alla Rice University. . “Tuttavia, è rimasta una questione aperta a causa di molti parametri incerti riguardanti il ​​​​processo di accrescimento e gli elementi costitutivi dei pianeti rocciosi. Ciò che distingue questo studio è che fornisce una stima diretta dell’attuale bilancio del carbonio del nucleo esterno della Terra. Pertanto, questo a sua volta aiuterà la comunità a stabilire possibili componenti e processi planetari. I primi sono in cima ai migliori”.

Riferimento: “Il nucleo della Terra potrebbe essere il più grande serbatoio di carbonio della Terra” di Suraj K. Bajin, Mainak Mukherjee e Rajdeep Dasgupta, 19 agosto 2021, disponibile qui. Comunicazioni Terra e Ambiente.
DOI: 10.1038 / s43247-021-00222-7

Fondazione Nazionale della Scienza e NASA A supporto di questa ricerca, l’Extreme Science and Engineering Discovery Computing (XSEDE) e il Research Computing Center (RCC) della FSU hanno fornito risorse informatiche per questo lavoro.