Kol är viktigt för livet som vi känner det och spelar en avgörande roll i många av vår planets geologiska processer – för att inte tala om den påverkan som kol som frigörs av mänsklig aktivitet har på planetens atmosfär och hav. Trots detta, den totala mängden kol på jorden förblir ett mysterium, eftersom mycket av det förblir otillgängligt i planetens djup.

Nytt arbete publicerat denna vecka i Proceedings of the National Academy of Sciences avslöjar hur kol betedde sig under jordens våldsamma formningsperiod. Fynden kan hjälpa forskare att förstå hur mycket kol som sannolikt finns i planetens kärna och de bidrag det kan ge till den kemiska och dynamiska aktiviteten som sker där - inklusive till den konvektiva rörelsen som driver magnetfältet som skyddar jorden från kosmisk strålning.

Jordens kärna består till största delen av järn och nickel, men dess densitet indikerar närvaron av andra lättare element, som kol, kisel, syre, svavel, eller väte. Det har länge misstänkts att det finns en enorm reservoar av kol som gömmer sig där nere. Men för att försöka kvantifiera det, forskargruppen använde laboratoriemimik för att förstå hur det kom in i kärnan från början.

Gruppen bestod av Harvard Universitys Rebecca Fischer, Smithsonian Institutions Elizabeth Cottrell och Marion Le Voyer, båda tidigare Carnegie postdoktorala stipendiater, Yale Universitys Kanani Lee, och Carnegies bortgångne Erik Hauri, minnet som författarna erkänner.

"För att förstå dagens jordens kolinnehåll, vi gick tillbaka till vår planets barndom, när den samlades från material som omgav den unga solen och så småningom separerades i kemiskt distinkta lager - kärna, mantel, och skorpa, ", sa Fischer. "Vi satte igång att bestämma hur mycket kol som kom in i kärnan under dessa processer."

Detta åstadkoms genom laboratorieexperiment som jämförde kolets kompatibilitet med silikaterna som utgör manteln med dess kompatibilitet med järnet som utgör kärnan under extrema tryck och temperaturer som finns djupt inne i jorden under dess uppbyggnadsperiod.

"Vi fann att mer kol skulle ha stannat kvar i manteln än vi tidigare misstänkte, "förklarade Cottrell." Det betyder att kärnan måste innehålla betydande mängder andra lättare element, som kisel eller syre, som båda blir mer attraherade av järn vid höga temperaturer."

Trots denna överraskande upptäckt, majoriteten av jordens totala kolinventering finns sannolikt nere i kärnan. Men det utgör fortfarande bara en försumbar del av kärnans totala sammansättning.

"Övergripande, detta viktiga arbete förbättrar vår förståelse av hur jordens kol ackumulerades under planetbildningsprocessen och sekvestrerades i manteln och kärnan när de kemiskt differentierade, avslutade Richard Carlson, Direktör för Carnegies Earth and Planets Laboratory, där Hauri arbetade. "Jag önskar bara att Erik fortfarande var med oss ​​för att se resultaten publicerade den här veckan."