Miles de diamantes, formados a cientos de kilómetros de profundidad dentro del planeta, pavimentaron el camino hacia algunos de los logros y descubrimientos más históricos del programa Observatorio del Carbono Profundo de 10 años, que se celebraron del 24 al 26 de octubre en la Academia Nacional de Ciencias de EE. UU.
Antiestéticas motas de minerales negros, rojos, verdes y marrones, y bolsas microscópicas de fluido y gas encapsuladas por diamantes a medida que se forman en la Tierra Profunda, registran el entorno elemental y las reacciones que tienen lugar dentro de la Tierra a una profundidad y tiempo específicos, divulgandoalgunos de los secretos más íntimos del planeta.
El hidrógeno y el oxígeno, por ejemplo, atrapados dentro de los diamantes desde una capa de 410 a 660 kilómetros debajo de la superficie de la Tierra, revelan la existencia subterránea de H2O en los océanos, mucho más en masa que toda el agua en todos los océanos del mundo superficial.
Esta cantidad masiva de agua puede haber sido traída a la Tierra Profunda desde la superficie por el movimiento de las grandes placas continentales y oceánicas que, al separarse y moverse, chocan entre sí y se superponen. Esta subducción de losas también entierra el carbono dela superficie vuelve a las profundidades, un proceso fundamental para el equilibrio de carbono natural de la Tierra y, por lo tanto, para la vida.
El conocimiento del contenido de agua de la Tierra Profunda es fundamental para comprender la diversidad y los comportamientos de fusión de los materiales en las diferentes profundidades del planeta, la creación y los flujos de hidrocarburos por ejemplo, petróleo y gas natural y otros materiales, así como la profunda electricidad subterránea del planeta.conductividad.
Al fechar los fragmentos prístinos de material atrapado dentro de otras "inclusiones" de diamantes súper profundos, los investigadores de DCO podrían poner una marca de tiempo aproximada en el inicio de la tectónica de placas - "una de las mayores innovaciones del planeta", en palabras de DCOEl director ejecutivo Robert Hazen de la Carnegie Institution for Science. Comenzó hace aproximadamente 3 mil millones de años, cuando la Tierra tenía solo 1,5 mil millones de años.
La investigación de Diamond se aceleró dramáticamente gracias a la creación de la red global de investigadores de DCO y condujo a algunos de los descubrimientos y logros más intrigantes del programa.
Los diamantes de las profundidades más profundas, a menudo pequeños con poca claridad, generalmente no son utilizados como piedras preciosas por Tiffany, pero son increíblemente complejos, robustos e invaluables en la investigación. Las inclusiones ofrecieron a los científicos de DCO muestras de minerales que existen solo a una presión subterránea extremadamente alta, ysugirió tres formas en que se forman los diamantes.
Si bien hasta el 90% de los diamantes analizados estaban compuestos por científicos de carbono que se esperaban en el manto, algunos diamantes "relativamente jóvenes" de unos pocos cientos de millones de años parecen incluir carbono de fuentes que alguna vez vivieron; en otras palabras, están hechos de carbono devuelto a la Tierra Profunda desde el mundo de la superficie.
Los diamantes también revelaron pruebas inequívocas de que algunos hidrocarburos se forman a cientos de millas hacia abajo, mucho más allá del ámbito de las células vivas: la energía abiótica.
Desentrañar el misterio del metano abiótico profundo y otras fuentes de energía ayuda a explicar cómo se nutre la vida profunda en forma de microbios y bacterias, y alimenta la propuesta de que la vida se originó y evolucionó muy por debajo en lugar de migrar hacia abajo del mundo superficial.
Los diamantes también permitieron a los científicos de DCO simular las condiciones extremas del interior de la Tierra.
Los científicos de la comunidad de Física y Química Extrema de DCO usaron células de yunque de diamante, una herramienta que puede exprimir una muestra tremendamente entre las puntas de dos diamantes, junto con láseres que calientan los cristales comprimidos, para simular las temperaturas y presiones extremas casi inimaginables de la Tierra profunda.
Utilizando una variedad de técnicas avanzadas, analizaron las muestras comprimidas, identificaron 100 nuevas estructuras cristalinas que contienen carbono y documentaron sus propiedades y comportamientos intrigantes.
El trabajo proporcionó información sobre cómo los átomos de carbono en la Tierra Profunda "se encuentran entre sí", se agregan y se juntan para formar diamantes y otro material.
Desarrollo de nuevos materiales; estrategias potenciales de captura y almacenamiento de carbono
Los descubrimientos y la investigación de DCO son importantes y aplicables de muchas maneras, incluido el desarrollo de nuevos materiales y posibles estrategias de captura y almacenamiento de carbono.
los científicos de DCO están estudiando, por ejemplo, cómo se podría acortar la escala de tiempo natural para el secuestro de carbono.
La meteorización y la vida microbiana dentro de la ofiolita Samail de Omán, una gran losa inusual levantada del manto superior de la Tierra hace mucho tiempo, ofrece un tutorial sobre las técnicas de secuestro de carbono de la naturaleza, conocimiento que podría ayudar a compensar las emisiones de carbono causadas por los humanos.
En Islandia, otro proyecto de secuestro natural de DCO, CarbFix, consiste en inyectar fluidos que contienen carbono en el basalto y observar su conversión en sólidos.
Una década de descubrimiento
Cientos de científicos de todo el mundo se reúnen en Washington DC del 24 al 26 de octubre para compartir y celebrar los resultados del amplio Observatorio de Carbono Profundo de una década de duración, una de las mayores colaboraciones de investigación global en ciencias de la Tierra jamás emprendida.
Con su Secretaría en la Carnegie Institution for Science en Washington DC, y $ 50 millones en apoyo básico de la Fundación Alfred P. Sloan, multiplicado muchas veces por una inversión adicional en todo el mundo, un grupo multidisciplinario de 1,200 investigadores de 55 naciones trabajó durante 10 añosen cuatro "comunidades" científicas interconectadas para explorar el funcionamiento fundamental de la Tierra, incluyendo :
Se enfrentaron al desafío de investigar el interior de la Tierra de varias maneras, produciendo 1,400 documentos revisados por pares mientras perseguían 268 proyectos que involucraban, por ejemplo :
Los científicos de DCO realizaron mediciones de campo en regiones remotas e inhóspitas del mundo: los fondos oceánicos, en la cima de volcanes activos y en los desiertos de Medio Oriente.
Cuando faltaban instrumentación y modelos, los científicos de DCO desarrollaron nuevas herramientas y modelos para enfrentar el desafío. A lo largo de estos estudios, DCO invirtió en la próxima generación de investigadores de carbono profundo, estudiantes y científicos de carrera temprana, que continuarán la tradición de exploracióny descubrimiento en las próximas décadas.
Descubrimientos clave durante el programa de 10 años del Observatorio de Carbono Profundo
Además de las ideas de su investigación de diamantes anterior, los principales descubrimientos del programa incluyen :
La biosfera profunda es uno de los ecosistemas más grandes de la Tierra
La vida en el subsuelo profundo totaliza de 15,000 a 23,000 megatoneladas millones de toneladas métricas de carbono, aproximadamente 250 a 400 veces mayor que la masa de carbono de todos los humanos. La inmensa biosfera de la Tierra Profunda ocupa un espacio casi el doble que todo el mundoocéanos
Los científicos de DCO exploraron cómo los microbios obtienen sustento del metano "abiótico" y otras fuentes de energía, combustible que no se derivó de la vida biótica anterior.
Si los microbios pueden ganarse la vida usando energía química de las rocas en el subsuelo profundo de la Tierra, eso puede ser cierto en otros cuerpos planetarios.
Este conocimiento sobre los tipos de entornos que pueden sostener la vida, particularmente aquellos en los que la energía es limitada, puede guiar la búsqueda de vida en otros planetas. En el sistema solar exterior, por ejemplo, la energía del sol es escasa, como esen el ambiente subterráneo de la Tierra.
Los investigadores de DCO también encontraron el ecosistema microbiano más profundo, de menor densidad y de vida más larga jamás registrado y cambiaron nuestra comprensión de los límites de la vida en extremos de presión, temperatura y profundidad.
Las rocas y los fluidos en la corteza terrestre proporcionan pistas sobre los orígenes de la vida en este planeta y dónde buscar vida en otros
Los científicos del DCO encontraron aminoácidos y moléculas orgánicas complejas en las rocas del fondo marino. Estas moléculas, los componentes básicos de la vida, se formaron por síntesis abiótica y nunca antes se habían observado en el registro geológico.
También encontraron bolsas de antiguos fluidos salados ricos en hidrógeno, metano y helio a muchos kilómetros de profundidad, que proporcionan evidencia de entornos tempranos y protegidos capaces de albergar vida.
El metano abiótico se forma en la corteza y el manto de la Tierra
Cuando el agua se encuentra con el omnipresente olivino mineral bajo presión, la roca reacciona con los átomos de oxígeno del H2O y se transforma en otro mineral, serpentina, que se caracteriza por una apariencia escamosa, verde-marrón, de piel de serpiente.
Este proceso de "serpentinización" conduce a la formación de metano "abiótico" en muchos ambientes diferentes en la Tierra. Los científicos de DCO desarrollaron y utilizaron sofisticados equipos analíticos para diferenciar entre formación de metano biótico derivado de plantas y animales antiguos y abiótico.
Los estudios de campo y laboratorio de DCO de rocas del manto superior documentan un nuevo proceso de serpentinización a alta presión que produce metano abiótico y otras formas de hidrocarburos.
La formación de metano e hidrocarburos a través de estos procesos geológicos y abióticos proporciona combustible y sustento para la vida microbiana.
CO atmosférico 2 se ha mantenido relativamente estable durante eones pero se han producido grandes y ocasionales perturbaciones catastróficas de carbono
Los científicos del DCO han reconstruido el ciclo profundo del carbono de la Tierra durante eones hasta el día de hoy. Esta nueva imagen más completa de la desgasificación y liberación de carbono planetaria muestra un sistema notablemente estable durante cientos de millones de años, con algunas excepciones episódicas notables.
La ruptura continental y la actividad volcánica asociada son las causas dominantes de la desgasificación planetaria natural. Los científicos de DCO agregaron a esta imagen al investigar episodios raros de erupciones volcánicas masivas e impactos de asteroides para aprender cómo la Tierra y su clima responden a tales perturbaciones catastróficas de carbono.
El modelado de tectónica de placas utilizando la nueva plataforma GPlates de DCO hizo posible reconstruir el ciclo del carbono de la Tierra a través del tiempo geológico.
Gran parte del carbono desgasificado de la Tierra Profunda se filtra por fracturas y fallas no asociadas con erupciones
Volcanes y regiones volcánicas emiten gas de dióxido de carbono CO 2 en el sistema océano / atmósfera a una tasa de 280-360 megatoneladas por año.Esto incluye ambas emisiones durante las erupciones volcánicas y la desgasificación de CO 2 fuera de fracturas difusas y fallas en regiones volcánicas en todo el mundo y el sistema de la cresta del océano medio.
Las actividades humanas, como la quema de combustibles fósiles, son responsables de aproximadamente 100 veces más CO 2 emisiones que todas las fuentes de región volcánica y tectónica combinadas.
La relación cambiante de CO 2 a SO2 emitido por volcanes puede ayudar a pronosticar erupciones
El volumen de CO desgasificado 2 en relación con el SO2 aumenta para algunos volcanes días o semanas antes de una erupción, lo que aumenta la posibilidad de mejorar el pronóstico y mitigar el peligro para los humanos.
Los investigadores de DCO midieron las salidas volcánicas en todo el mundo. El Monte Etna de Italia, por ejemplo, uno de los volcanes más activos de la Tierra, típicamente arrojó 5 a 8 veces más CO 2 de lo habitual aproximadamente dos semanas antes de una gran erupción.
Los fluidos se mueven y transforman el carbono en las profundidades de la Tierra
Los experimentos y el nuevo trabajo teórico condujeron a un nuevo y revolucionario modelo DCO de agua en la Tierra profunda y al descubrimiento de que los diamantes pueden formarse fácilmente a través de interacciones agua-roca que involucran carbono orgánico e inorgánico.
Este modelo predijo la química cambiante del agua que se encuentra en las inclusiones de fluidos en los diamantes y proporciona nuevas ideas sobre las cantidades de carbono y nitrógeno disponibles para regresar a la atmósfera de la Tierra a lo largo del tiempo.
Los científicos de DCO también descubrieron que la solubilidad de los minerales que contienen carbono, incluidos los carbonatos, el grafito y el diamante, es mucho mayor de lo que se pensaba anteriormente en los sistemas de roca de agua en el manto.
31 nuevos minerales que contienen carbono encontrados en cuatro años
Después de catalogar los minerales conocidos que contienen carbono en la superficie de la Tierra, su composición y dónde se encuentran, los investigadores de DCO descubrieron relaciones estadísticas entre las localidades de minerales y la frecuencia de su ocurrencia. Con ese modelo predijeron 145 especies aún por descubriry en 2015 desafió a los científicos ciudadanos a ayudar a encontrarlos.
De los 31 minerales nuevos para la ciencia que aparecieron durante el Desafío de Minerales de Carbono, se habían predicho dos, incluida la triazolita, descubierta en Chile y que se cree que se derivaron en parte del guano de cormoranes. Foto a continuación.
Mientras tanto, los científicos dirigidos por el Director Ejecutivo de DCO Robert Hazen, establecieron un sistema de clasificación de minerales completamente nuevo.
A través del experimento y la observación, los científicos de DCO descubrieron nuevas formas de carbono en el manto de la Tierra, arrojando nueva luz sobre la "capacidad de almacenamiento" de carbono del manto profundo y sobre el papel de la subducción en el reciclaje del carbono de la superficie de regreso al interior de la Tierra.
Los estudios también arrojan nueva luz sobre el registro de los principales cambios en la historia de nuestro planeta, como el aumento de oxígeno y el aumento y disminución de los supercontinentes.
Dos tercios del carbono de la Tierra pueden estar en el núcleo rico en hierro
La investigación de DCO sugiere que dos tercios o más del carbono de la Tierra pueden ser secuestrados en el núcleo como una forma de carburo de hierro. Este "carbono oculto" acerca el contenido total de carbono de la Tierra a lo que se observa en el Sol y nos ayudapara comprender el origen del carbono de la Tierra a partir del material celeste.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Observatorio profundo de carbono . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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