Složitý uhlíkový cyklus (2) - diamanty

Co prozradí diamanty o koloběhu uhlíku na naší planetě? Diamanty jsou svědci zajímavých jevů, které trvají někdy stovky miliónů roků a odehrávají se v hlubinách planety. (délka blogu 8 min.) 

Nejvíce uhlíku na naší planetě překvapivě obsahuje - země pod našima nohama. 

Mělo by to být kolem 99 procent, někdy se uvádí dokonce 99,95 procent. Z tohoto obrovského rezervoáru se neustále uvolňuje CO2 a stejně tak se CO2 neustále váže v horninách. 

Hlavním zdrojem CO2 je přitom vulkanismus. Lépe řečeno tekutá láva, ze které CO2 uniká při sopečných erupcích. Hlavním pohlcovačem je pevninská hornina, která CO2 váže chemicky do svého materiálu a tím ho odvádí z atmosféry i z povrchové vody. 

To je ovšem jen velice zjednodušená verze skutečného stavu. Na jevech kolem pohlcování CO2 se podílí také biosféra - a tou tentokrát není myšlen člověk. 

Stromy a rostliny například podporují erozi, která postupně rozmělňuje skalní útvary. Tato fragmentovaná hornina umí vázat daleko více CO2 než hornina nepoškozená. Je to jen logické - rozmělněný materiál má daleko větší povrch než povrch hrubozrnný. Chemické reakce, které se realizují na daleko větší ploše, vytvářejí více produktů. 

Jak hluboko probíhá uhlíkový cyklus? 

Podle vědců z Bristolské univerzity některá pozorování naznačují, že uhlíkový cyklus probíhá i v hloubkách, ve kterých ho zatím vědci nehledali. 

Tvrdí, že sahá pod zemskou kůrou až k hornímu plášti, přesněji až do hloubky kolem 400 kilometrů pod povrchem. Ojediněle pak až 600 km.

Vědci přímo do hlubin Země nahlédnout nemohou - geologické vrty dosahují maximálně několika kilometrů. Mají ale k dispozici ještě jiné metody. Mohou například zkoumat izotopové složení jednotlivých prvků vyvržených vulkanismem na povrch planety nebo se do nitra planety “podívat” pomocí seismických vln. Geochemické a seismologické studie dospěly k závěru, že části zemské kůry (a s nimi také uhlíkové sloučeniny, které se původně nacházely na povrchu planety) mohou klesnout až 660 kilometrů hluboko. Prozradily to němé, ale zato … 

… výmluvné diamanty

Většina diamantů, které nacházíme na povrchu naší planety, pochází z kontinentální části litosférického pláště - to znamená že vzniká v hloubkách do 200 km. Kontinentální proto, že logicky nacházíme diamanty na kontinentech a ne v oceánech. Slovo litosférická označuje dvě svrchní vrstvy planetárního povrchu - zemskou kůru a pod ní ležící nejsvrchnější a pevnou vrstvu zemského pláště. 

Existují ale také vzácné diamanty, které vznikly v daleko větší hloubce. Vědci zkoumali například diamanty z brazilského Juina. O těch se ví, že vznikly v hloubce 700 a více kilometrů a na povrch Země se dostaly následně až díky vulkanické činnosti. 

Skrývají v sobě ovšem záhadu. Mají takové izotopové složení uhlíku, které není pro takovou hloubku (vrchní plášť pláště Země) typické. Vysvětlením by mohl být fakt, že se jedná o původně povrchový uhlík, který se do hlubin naší planety dostal při subdukci (ponoření) povrchových desek. 

Analýza navíc ukázala, že složení jejich minerálních inkluzí (nečistot) odpovídá složení (tentokrát oceánské) zemské kůry. Podle vědců jde o první přímý důkaz, že části zemské kůry mohou klesnout do takovýchto hloubek. 

Mezi nejvzácnější diamanty patří ty,  které obsahují inkluze se složením odpovídajícím spodní části pláště Země. I jejich izotopové složení naznačuje, že se někdejší oceánská kůra dostává do spodního pláště. Obvykle tam ale zůstane, možná jako následek vysoké hustoty a nedostatku vztlaku, který by materiál vynesl zpět na povrch. Vysvětluje to, proč je takových diamantů jen velice málo.

Uhlík v diamantech, které pocházejí ze spodní části pláště, má jiné izotopové složení. Zdrojem uhlíku jsou tu karbonáty, původní materiál ze kterého se kdysi formovala Země. Tento materiál se nikdy nepodílel na organickém životě na povrchu kontinentů nebo v oceánech. Odráží se to v odlišném podílu různých izotopů uhlíku, ze kterých se skládají a který tu tak hraje roli “podpisu” uhlíkové hmoty.  

Pokud je výše uvedená hypotéza správná, pak byl uhlík, ze kterého v hlubinách naší planety vznikly diamanty, mohl být kdysi součástí usazenin na povrchu planety. Později tyto vrstvy subdukovaly a ponořily se do litosféry a vrchního pláště. Relativní množství lehkých izotopů uhlíku v diamantech Juina - naznačuje, že byl původně přítomen v zemské kůře. 

Uhlíkový cyklus se tedy odehrává více či méně intenzivně i v hloubce několika set kilometrů. 

https://www.researchgate.net/publication/51645928_Deep_Mantle_Cycling_of_Oceanic_Crust_Evidence_from_Diamonds_and_Their_Mineral_Inclusions, Deep Mantle Cycling of Oceanic Crust: Evidence from Diamonds and Their Mineral InclusionsM. J. WALTER S. C. KOHND. ARAUJOG. P. BULANOVAC. B. SMITHE. GAILLOUJ. WANGA. STEELEAND S. B. SHIREY Authors Info & Affiliations, SCIENCE, Vol 334, Issue 6052, pp. 54-57