Att förstå den globala koldioxidcykeln ger forskare viktiga ledtrådar om planetens beboelse.

Det är anledningen till att jorden har ett clementstabilt klimat och en låg koldioxidatmosfär jämfört med Venus, till exempel, som är i ett flyktigt växthusstillstånd med höga yttemperaturer och en tjock koldioxidatmosfär.

En stor skillnad mellan jorden och Venus är förekomsten av aktiv platttektonik på jorden, som gör vår miljö unik i vårt solsystem.

Men atmosfären, hav, och jordskorpan är bara en del av historien. Manteln, som representerar 75% av jordens volym, kan innehålla mer kol än alla andra reservoarer tillsammans.

Kol - en av de viktigaste byggstenarna i organiskt liv - tas in i jordens inre genom subduktion, där det drastiskt sänker smältpunkten för den fasta manteln, bilda kolsyrade smältningar (kolrika smälta stenar) i den grunda manteln, eldning av ytvulkaner. Karbonatmineraler kan också transporteras mycket djupare in i jorden, når den nedre manteln, men vad som händer sedan är osäkert.

Att besvara den frågan är full av utmaningar - förhållanden djupt inne i jorden är extrema och prover från manteln är sällsynta. Lösningen är att återskapa dessa förhållanden i laboratoriet med hjälp av sofistikerad teknik.

Nu har ett team av experimentella geovetare från University of Bristol gjort just det. Deras resultat, publicerad öppen åtkomst i Jord- och planetvetenskapliga bokstäver , avslöja nya ledtrådar om vad som händer med karbonatmineraler när de transporteras in i manteln via subduktion av havskorpan (där en av jordens tektoniska plattor glider under en annan).

Deras resultat har avslöjat en barriär för subduktion av karbonat bortom djup på cirka 1, 000 km, där den reagerar med kiseldioxid i havskorpan för att bilda diamanter som lagras på den djupa jorden över geologiska tidsskalor.

Dr James Drewitt från School of Earth Sciences förklarar:"Förblir karbonatmineraler stabila genom jordens nedre mantel, varom icke, vilka tryck/temperaturförändringar krävs för att väcka reaktioner mellan mineralerna och hur ser de ut? Det här är de frågor vi ville hitta svaren på - och det enda sättet att få dessa svar var att återge förhållandena i jordens inre. "

Dr Drewitt och hans team utsattes för syntetiska karbonatstenar för mycket höga tryck och temperaturer jämförbara med djupa jordförhållanden på upp till 90 GPa (cirka 900, 000 atmosfärer) och 2000 grader C med en laseruppvärmd diamantstamcell. De fann att karbonat förblir stabilt upp till 1 djup, 000-1, 300 km, nästan halvvägs till kärnan.

Under dessa förhållanden reagerar karbonat sedan med omgivande kiseldioxid för att bilda ett mineral som kallas bridgmanit, som utgör det mesta av jordens mantel. Kolet som frigörs genom denna reaktion är i form av fast koldioxid. När den heta omgivande manteln så småningom värmer upp den subducerade plattan, denna fasta koldioxid bryts ner för att bilda superdjupa diamanter.

Dr Drewitt tillägger:"Så småningom kan superdep -diamanterna återföras till ytan i uppväxande mantelflyger, och denna process kan representera en av källorna till superdjupdiamanter som vi hittar på ytan och som ger det enda direkta beviset vi har för den djupa jordens sammansättning.

"Det här är spännande eftersom de djupaste människorna som någonsin har kunnat borra är cirka 12 km, mindre än halva djupet av jordskorpan. Detta bleknar i jämförelse med den enorma skalan av jordens mantel, som sträcker sig till nästan 3, 000 km djup. "

Teamet använde en diamantstamcell för att generera tryck som motsvarar dem som finns på dessa djup, ladda prover under ett mikroskop i en tryckkammare borrad ur en metallpackning som sedan komprimeras mellan pärlkvaliteten, briljantslipade diamantstäd. Kristallstrukturen för dessa prover analyserades sedan med användning av röntgendiffraktion vid den brittiska synkrotronanläggningen i Oxfordshire.

Dr Drewitt planerar nu att tillämpa dessa högtrycks- och högtemperaturexperiment tillsammans med avancerade datasimuleringstekniker på andra mineraler och material, tillägger:"Förutom kol, det finns potentiellt flera havs vatten som transporteras djupt in i manteln, och när det släpps kommer det att orsaka smältning av jordens övre och nedre mantel.

"Dock, vi kan inte tillräckligt testa eller förstå nuvarande modeller av det dynamiska beteendet hos denna vattenrika smälta berg eftersom vi inte känner till deras sammansättning eller deras fysiska egenskaper. Experimenten vid extrema förhållanden och avancerade datasimuleringar som vi för närvarande arbetar med hjälper till att lösa dessa problem. "