As altas temperaturas e pressaµes do manto terrestre transformam minerais ricos em carbono, conhecidos como carbonatos, em diamantes. Mas menos se sabe sobre o destino dos carbonatos que viajam ainda mais fundo no subsolo - profundidades das quais nenhuma amostra jamais foi recuperada.

Agora, Susannah Dorfman da Michigan State University e sua equipe estãodescobrindo uma resposta com ferramentas de laboratório que imitam essas condições extremas .

"O que nos interessava anã: quando o carbono não édiamante?" acrescentou Dorfman. Em um artigo publicado recentemente na Nature Communications , cientistas do Laborata³rio de Mineralogia Experimental de Dorfman em MSU redefiniram as condições sob as quais os carbonatos podem existir no manto inferior da Terra , expandindo nossa compreensão do ciclo profundo do carbono e da evolução da Terra.

"A circulação de carbono e minerais dasuperfÍcie da Terra por meio da subdução atéa base do manto terrestre vem acontecendo hábilhaµes de anos", disse Dorfman, professor assistente do Departamento de Ciências da Terra e Ambientais, ou EES, no College of Natural Science e coautor do artigo. "Nosso laboratório pergunta: 'Como podemos usar experimentos para prever a aparaªncia e segui-la quimicamente?'"

Durante a subducção, os carbonatos superficiais - pense em esqueletos de calca¡rio e coral - pegam carona em placas frias de rocha mergulhando sob a crosta terrestre por meio do movimento tecta´nico alimentado pelo calor do manto. Alguns carbonatos derretem e são expelidos de volta a  atmosfera pelos vulcaµes. Alguns viajam mais para baixo e são transformados em diamantes .

Mas alguns carbonatos o tornam ainda mais profundo, em direção a  fronteira entre o manto e o núcleo do planeta, quase 1.800 milhas abaixo dasuperfÍcie. A equipe de Dorfman estava interessada em saber seu destino. A pesquisa anterior da equipe mostrou que alguns carbonatos poderiam realmente escapar de serem derretidos ou transformados em diamantes em um ambiente quente e pobre em oxigaªnio como a fronteira núcleo-manto, mas ninguanãm sabia que forma eles assumiriam em uma rocha real atéagora.

No estudo, Dorfman e o coautor Mingda Lv, um estudante de doutorado do quinto ano do EES, conduziram experimentos altamente complexos para sintetizar a rocha do manto e iluminar o destino daqueles carbonatos profundamente subduzidos pela primeira vez.

"Para este projeto, quera­amos saber como o carbonato coexistiria com a maioria dos silicatos do manto quando subduzidos ao manto inferior", disse Lv. "Projetamos os experimentos para estender as condições de pressão e temperatura desses minerais a regimes elevados, simulando as condições no limite núcleo-manto da Terra."

Seus experimentos exigiram um dispositivo feito de material com a maior tolera¢ncia a  pressão de qualquer substância na Terra - diamantes.

"A bigorna de diamante, embora seja algo que vocêpode segurar na ma£o, nos da¡ as pressaµes mais altas em qualquer laboratório sem o uso de explosaµes", disse Dorfman. "Tudo o que sabemos sobre o que acontece no centro dos planetas depende desse dispositivo."

Dorfman e Lv montaram discos finos de carbonato e silicato como um sandua­che entre os dois diamantes da bigorna de diamante. Em seguida, eles apertaram os discos juntos como um panini mineral e usaram lasers poderosos para aquecaª-los a altas temperaturas de até4.500 F.

O resultado foi algo que ninguanãm pensou ser possí­vel, uma forma sintetizada de rocha de carbonato de ca¡lcio altamente pressurizada que poderia existir em condições de manto inferior .

"Antes deste estudo, a ideia era que vocênunca deveria ter carbonato de ca¡lcio nas profundezas da terra, mas apenas em um ambiente raso onde não tenha chegado a grandes profundidades", disse Dorfman. "Nossos experimentos mostram que em direção a  base do manto, a reação química muda de direção e troca minerais como parceiros na quadrilha - o magnanãsio e o ca¡lcio trocam seus parceiros de carbonato e silicato produzindo carbonato de ca¡lcio e carbonato de magnanãsio."

O tamanho da rocha recanãm-sintetizada era apenas da largura de um fio de cabelo humano, e os cristais individuais que compunham a rocha eram até1.000 vezes menores. Para ler entre os diamantes, Dorfman e Lv precisavam da faca mais afiada e da luz mais brilhante que pudessem encontrar.

Eles usaram a tecnologia de acelerador departículas extremamente poderosa do Argonne National Lab, em Illinois, para focar a luz de raios-X em um ponto minaºsculo e iluminar o que haviam criado. Então, com a ajuda de colaboradores do Instituto de Fa­sica da Terra de Paris e do Centro de Caracterização de Materiais da Universidade de Michigan, eles usaram feixes de a­ons para fatiar a nova rocha em seções transversais.

Finalmente, usando as técnicas de microscopia eletra´nica de ponta no Centro de Microscopia Avana§ada da MSU, eles caracterizaram com sucesso a distribuição elementar de suas amostras recuperadas.

"Sem esses laboratórios, nunca tera­amos sido capazes de observar diretamente o que estãoacontecendo em nossos experimentos", disse Lv. "Nossa colaboração com essas instalações éum destaque do estudo."

"Sabemos que a grande maioria do carbono da Terra não estãona atmosfera, estãono interior, mas nossa estimativa de quanto e onde depende principalmente de medições de reações químicas", acrescentou Dorfman. "O trabalho de Mingda Lv mostra que o carbonato de ca¡lcio pode ser esta¡vel nas condições do manto e fornece um novo mecanismo a ter em conta quando fazemos modelos do ciclo do carbono no interior da terra."