Juntament amb els cicles del Nitrogen i de l'Aigua, el cicle del Carboni és un procés extraordinàriament important per al desenvolupament de la vida. Comprén una seqüència d'esdeveniments sense els quals la Terra seria incapaç de mantindre vida; no en va, el Carboni és el component principal dels compostos biològics i un dels fonamentals en molts minerals.

Al llarg dels dos últims segles, el cicle biològic del carboni s'ha vist alterat en tot el seu procés i, de manera més significativa, en l'atmosfera. Les emissions humanes de diòxid de carboni a l'atmosfera superen ja les fluctuacions naturals, i l'augment de CO2 atmosfèric està alterant els patrons meteorològics i influint en la química oceànica. Una altra circulació menys coneguda del carboni és el seu cicle geològic, que està integrat en la pròpia estructura del planeta. El balanç entre tots dos cicles –biològic i geològic– controla la concentració de CO2 en l'atmosfera. D'ací la importància que té comprendre millor tant el seu funcionament com els seus efectes sobre el clima global.

El treball que acaba de publicar l'equip liderat per l'investigador David Santamaría, de l'Institut de Ciència dels Materials de la Universitat de València (ICMUV), en el Parc Científic, reporta el descobriment d'una nova fase densa d'un mineral compost per carboni oxidat. Aquesta fase, denominada post-tilleyita, posseeix característiques inusuals en condicions d'alta pressió similars a les del mantell superior terrestre. Entre altres característiques, presenta un cert grau de substitució química i una gran varietat d'entorns atòmics, per la qual cosa s'erigeix com una bona candidata per a donar compte de composicions químiques complexes del mantell terrestre i oferir dades valuoses per a la recerca geofísica.

El coneixement de la química del carboni en condicions extremes de temperatura i pressió és important a l'hora de comprendre el cicle de carboni a l'interior de la Terra. A mesura que les plaques tectòniques es mouen, el carboni i altres elements entren i ixen de l'escorça i del mantell terrestre, lentament, en una escala de temps geològica –de centenars de milers d'anys. Aquest procés, denominat de subducció, fa que el carboni ingresse a l'interior de la Terra, principalment en forma de minerals carbonat –formats per carboni, oxigen i àtoms metàl·lics. Durant aquest curs, la llosa de subducció s'endinsa progressivament en el mantell i es calfa; alguns carbonats es dissolen i finalment s'alliberen a l'atmosfera, mitjançant vulcanisme, en forma de diòxid de carboni i altres gasos. La resta dels carbonats poden sobreviure en la llosa o reduir-se per a formar diamant a mesura que se submergeixen cap al més profund del mantell terrestre.

Aquests processos constitueixen l'anomenat "cicle profund del carboni”, del qual hui dia encara queden nombroses qüestions per respondre.

El carbonat de calci és un constituent abundant de l'escorça que es transfereix a l'interior de la Terra via el procés de subducció. En el seu camí cap a les profunditats, aquest carbonat interacciona químicament amb minerals silicat (que contenen silici en comptes de carboni) i pot formar minerals mixtos silicat-carbonat, com la post-tilleyita. El procés de transformació estructural d'aquests minerals pot a més aportar dades importants de cara a desenvolupar possibles estratègies per al segrest estable de diòxid de carboni. “Com és ben sabut, el CO2 és el principal gas d'efecte d'hivernacle antropogènic present en l'atmosfera, i la seua acumulació s'ha relacionat amb el canvi climàtic”, comenta David Santamaría. “Una de les línies d'estudi per a tractar de donar resposta a aquest desafiament global és la formació de fases de carbonat molt estables a llarg termini, la qual cosa requerirà determinar la seua estabilitat en entorns i condicions variables”, afirma.

L'estudi s'ha dut a terme emprant diverses tècniques experimentals d'avantguarda com ara la difracció de raigs X amb radiació sincrotró, l’espectroscòpia Raman d'alta resolució i les simulacions computacionals.

Referència:

Post-tilleyite, a dense calcium silicate-carbonate phase. David Santamaria-Perez, Javier Ruiz-Fuertes, Miriam Peña-Alvarez, Raquel Chulia-Jordan, Tomas Marqueño, Dominik Zimmer, Vanessa Gutiérrez-Cano, Simon MacLeod, Eugene Gregoryanz, Catalin Popescu, Plácida Rodríguez-Hernández & Alfonso Muñoz

Scientific Reports 9, Article number: 7898 (2019)