Även om kol är ett av de vanligaste grundämnena på jorden, det är faktiskt väldigt svårt att avgöra hur mycket av det som finns under ytan i jordens inre. Analys av Carnegies Marion Le Voyer och Erik Hauri av kristaller som innehåller helt innesluten mantelmagma med dess ursprungliga kolinnehåll bevarat har fördubblat världens kända fynd av mantelkol. Resultaten publiceras i Naturkommunikation .

Övergripande, det finns mycket om kolkemi som äger rum under jordskorpan som forskarna fortfarande inte förstår. Särskilt, mängden kol i jordens mantel har varit föremål för het debatt i årtionden. Detta ämne är av intresse eftersom mängden kol som finns i manteln stöder vår planets geologiska processer, inklusive att utlösa vulkanisk aktivitet och upprätthålla biosfären. Det påverkar också vår atmosfär när koldioxidgas frigörs vid utbrott; vulkanutbrott spelade en stor roll i förhistoriska klimatvariationer.

Men det är svårt att mäta mängden kol som finns under jordens yta. Forskare kan studera de magmatiska bergarterna som bildas när manteln smälter, kallas magma, steg upp till ytan, bröt ut som lava, och härdade igen för att skapa en sten som kallas basalt. Dock, processen med uppstigning och utbrott frigör nästan allt magmans kol som koldioxidgas, vilket gör att de utbrutna basaltstenarna är dåliga indikatorer på mängden kol som fanns i magman som de bildades av.

"Det är så explosiva utbrott händer, Hauri förklarade. "Den plötsliga katastrofala förlusten av gas som, före utbrottet, löstes upp i magman vid högt tryck, men under utbrottet har ingen annanstans att ta vägen, lämnar inga spår efter utbrottet i den härdade basalten av den mängd kol som en gång förekommer."

Men Le Voyer, Hauri, och deras team analyserade några basaltprover från den ekvatoriala mittatlantiska åsen som innehöll tidigare ostuderade små magmatiska inneslutningar, små fickor av ren magma som var helt fångade inuti solida kristaller som skyddade dem från avgasning under magmauppstigning och utbrott. Analyser visade att dessa inneslutningar hade fångat sitt ursprungliga kolinnehåll innan de bröt ut på havsbotten.

"Detta är bara andra gången som prover av magma som innehåller deras ursprungliga kolinnehåll någonsin har hittats och analyserats, fördubbla vår kunskap om regionens kolkemi, " sa Hauri.

De allra första proverna som innehöll deras ursprungliga kol avslöjades också på Carnegie, av Hauri och Brown University professor Alberto Saal, år 2002. Dessa prover kom från Stilla havets havsbotten. Jämförelse av data för dessa två prover avslöjade att mantelns kolinnehåll är mycket mindre enhetligt än vad forskare tidigare hade förutspått, varierar med så mycket som två storleksordningar i olika delar av manteln.

"Vår upptäckt att mantelkol har en mer komplex fördelning än man tidigare trott har många konsekvenser för hur mantelprocesser kan variera beroende på plats, " lade Le Voyer till, som genomförde denna forskning som postdoc vid Carnegie och nu är vid University of Maryland.