生锈的地核可能会在地幔边缘释放钻石

地核的铁镍合金中含有大量的溶解碳。科学家们已经确定了一个过程，该过程可以导致这种碳释放到地幔中并从中形成钻石。

蓝色显示大洋地壳的碎片向核心边界倾斜（其中大部分没有到达下地幔）。黄色为下地幔边界层 D”。

地球上最大的碳库根本不是生物圈，而是地核。它由铁镍熔体组成，其中溶解了轻元素，轻元素倾向于从岩石传递到铁的成分中。首先，这些是硫、硅和碳，以及氧和氢。据估计，核心含有地球约十分之九的碳。

人们认为，从地球形成的那一刻起，碳就存在于地核中，并被牢固地密封在其中。地核金属熔体的密度是地球下地幔矿物的两倍，不会发生混合——就像水和凝固在它上面的蜡之间那样。

来自美国亚利桑那州立大学（Arizona State University）的科学家们，以高炳宽（Byeongkwan Ko）为首的科学家们建立了一个实验，他们在实验中再现了下地幔和地核边界处物质的相互作用。他们发现了一种可以从地核中“提取”碳并将其移入地幔的过程。

研究人员假设自由水（以超临界流体的形式）可能存在于地球的下地幔中。在俯冲过程中，被水饱和的洋壳沉入地幔，其碎片可以到达核心边界。随着下地幔温度接近四千摄氏度，即使是最稳定的水合矿物也失去了在其成分中保持水分的能力。它通过岩石扩散，“泄漏”到核心边界并与铁接触。

研究人员通过将水和碳化铁 Fe 3 C（冶金学家称之为渗碳体，是铸铁的一部分）放置在金刚石砧中并使其内容物经受与地核边界相对应的压力和温度来模拟这种“相遇” . 他们在阿贡国家实验室的同步加速器源上使用 X 射线衍射分析了产生的反应产物，确定了晶体结构并通过指纹等结构识别化合物。

带有金刚石砧的细胞内水生环境中的一粒渗碳体的图像。箭头表示“生锈”区域，其中 X 射线衍射显示存在显微钻石。

原来，铁会与水发生反应，但地核的“生锈”不同于地表金属结构的腐蚀。高压和高温的化学性质可能与我们习惯的非常不同。

从表面上看，铁锈由处于高氧化态 (+3) 的氧化铁和氢氧化物组成。在核心中，水的氧和氢完全包含在铁的成分中，将其转化为具有较低氧化态（+2）的FeO氧化物和FeH x氢化物。在正常情况下，氧化物和氢化物通常是互不相容的：它们以相反的方向反应，形成原来的金属和水。

在该反应的产物中，碳的溶解度远低于铁本身，因此被挤出。在正常生锈过程中，钢中的碳氧化并变成碳酸盐，但在核心边界，在没有氧气的情况下，它以自由形式释放。巨大的压力和温度使它变成了钻石。

该研究的作者认为，他们已经确定的从地核到地幔的碳提取机制可以对地球内部的碳循环做出重大贡献，并解释其在地幔中含量的增加。此外，他们希望能够在地震数据中检测到地核边缘的钻石堆积。在大气压下，钻石中的声速为每秒 12 公里，是岩石中声速的两倍多，在地震图上可以看到富含钻石的岩石是地震波速度异常高的区域。

然而，在核心边界处，声速的差异可能会更小，因为随着材料的压缩声速会增加，而岩石的压缩性比金刚石好。下地幔普通岩石中的纵波速度达到每秒14公里。此外，迄今为止，地质学家仅在地核边界发现了地震波速度降低的区域，并且发现的大部分钻石来自上地幔和中地幔。