Известно, что разложение метана может привести к образованию алмазов. Но вот обратный процесс был менее изучен. В новом исследовании ученые получили метан в результате реакции между алмазами и водородом, имитируя условия в мантии Земли, что дает более широкое понимание глубинного углеродного цикла.
Углеродный цикл представляет собой перенос и преобразование углерода на Земле через почву, воду, воздух и живые организмы. Примерно 90 % этих процессов происходят на глубине. Уже более века обсуждается теория, согласно которой в результате глубинных процессов, не связанных с биологической активностью, могут образовываться углеводороды, такие как метан.
Чтобы проверить эту теорию, исследователи начали с алмазов. Эти драгоценные камни содержатся в мантии Земли и состоят из твердых атомов углерода в кристаллической структуре. Они использовали экспериментальный аппарат высокого давления для двух алмазных элементов, воспроизведя условия давления в верхней мантии на глубине более 70 км. Затем добавили чистый водород под напором в одну атмосферу при температуре 300 °C. В результате наблюдалось быстрое образование метана, молекула которого состоит из одного атома углерода и четырех атомов водорода (CH4).
«Мы создали среду, сопоставимую с окружающей средой внешнего слоя мантии Земли с точки зрения температуры и давления, и увидели, что алмаз и водород легко реагируют, производя метан в течение нескольких секунд», — сказал соавтор исследования Альберто Витале Бровароне из Болонского университета, Италия.
По его словам, это показывает, что углеводороды, такие как метан, могут образовываться на абиотических глубинах, и это явление может играть ключевую роль в глубинном углеродном цикле.
Ученые повторили эксперимент, добавив графит, который, как и алмаз, состоит из чистого углерода, и стеклоподобный углеродный материал. В обоих случаях они наблюдали более быстрое и обильное образование метана по сравнению с тем, когда использовались только алмазы. Графитовые материалы на основе углерода могут быть очень эффективными реагентами и, следовательно, действовать как источники энергии, подпитывающие запасы метана в верхней мантии.
