Att förvandla en av världens finaste ädelstenar – diamanter – till en av de värsta växthusgaserna – metan – verkar inte vara en bra idé. Ändå skedde detta genom arbetet av en grupp forskare från universiteten i Bologna och Edimburgh (Storbritannien), Centre National de la Recherche Scientifique (Frankrike) och HPSTAR (Kina). Detta resultat publicerat i Nature Communications var inte ett klumpigt labbmisstag. Faktum är att den här studien kan ge mer insikt om den djupa kolcykeln och bildandet av kolväten genom abiotiska processer (dvs. orelaterade till biologiska aktiviteter) i den djupa jorden.

Den djupa jordens kolcykel står för cirka 90 % av hela kolcykeln. Trots detta är den cykel som sker under jordens yta hittills lite känd. Detta fenomen är avgörande för livet på vår planet eftersom det tillåter kol i den djupa jorden att komma tillbaka till atmosfären.

"Det är välkänt att nedbrytningen av metan kan leda till diamantbildning. Vad som var mindre känt fram till nu är att den motsatta processen också är möjlig. Metan som produceras genom reaktionen mellan diamanter och väte var den saknade biten för en bredare förståelse av djup kolcykel", förklarar Alberto Vitale Brovarone som är professor vid institutionen för biologiska, geologiska och miljöstudier vid universitetet i Bologna och även en av författarna till studien.

Det djupa kolets kretslopp innefattar också bildningen av kolväten som metan som ett resultat av processer som inte involverar biologiska aktiviteter. Denna teori har diskuterats i över ett sekel. För att testa denna teori utgick forskarna från diamanter som i huvudsak är ädelstenar i jordens mantel bestående av fasta kolatomer i en kristallstruktur.

Forskare använde en "diamantstädcell" som är en experimentell högtrycksapparat som används för att pressa två diamantkuletter mot varandra och replikera tryckförhållandena i jordens övre mantel, över 70 km djup. Sedan, genom att trycka en atmosfär av rent väte vid 300 °C, observerade forskare att metan snabbt bildades med dess molekyler bestående av en kolatom och fyra av väte (CH4).

"Vi skapade en miljö som var jämförbar med den för det yttre lagret av jordmanteln när det gäller temperatur och tryck och observerade att diamant och väte reagerade lätt genom att producera metan inom några sekunder", säger Vitale Bovarone. "Detta visar att kolväten som metan kan bildas på abiotiska djup. Detta fenomen kan spela en nyckelroll i den djupa jordens kolcykel."

Forskare replikerade detta experiment genom att lägga till grafit, som också består av rent kol, och ett glasliknande kolmaterial. I båda fallen observerade de att metan bildades snabbare och mer rikligt jämfört med när de bara använde diamanter. Dessa resultat tyder på att kolbaserade grafitmaterial kan vara mycket effektiva reagenser och därför kan fungera som energikällor som matar metanreserver i jordens övre mantel.