Nečekaný zdroj metanu. Kredit: Pixabay/CC0 Public Domain.

Dnešní doba je posedlá uhlíkem, v dobrém i ve zlém. Globální cyklus uhlíku se přitom z valné většiny odehrává v hlubinách Země. A nejspíš nepřekvapí, že o této části koloběhu uhlíku víme jen velice málo. Zároveň je pro nás důležité pochodům s uhlíkem porozumět, abychom tušili, co od planety v tomto směru můžeme čekat.

Alberto Vitale Brovarone.

Kredit: A. V. Brovarone.

Pokud jde o osud uhlíku hluboko pod námi, jednou z velkých záhad je role diamantů. Jak říká Alberto Vitale Brovarone z italské Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, už delší dobu tušíme, že po rozkladu metanu mohou z takto uvolněného uhlíku vznikat diamanty. Až doposud ale nebylo moc jasné, zda tenhle proces může běžet i opačně.

Teorie o tom, že v hlubinách Země vzniká metan v důsledku abiotických procesů, s nimiž nemají živé organismy nic moc společného, se objevují už déle než století. Brovarone s kolegy se rozhodli to pořádně prověřit. Do zemských hlubin se bohužel jen tak nedostaneme. Můžeme si je ale udělat v laboratoři.

Logo. Kredit: Università di Bologna.

Badatelé použili populární diamantovou kovadlinu (diamond anvil cell), kterou tvoří dva diamanty a zařízení, které je značnou silou tlačí proti sobě. V diamantové kovadlině vytvořili tlak 0,5 – 3 GPa, který odpovídá podmínkám v zemském svrchním plášti, v hloubkách pod 70 kilometrů. Pak do experimentu pustili plynný vodík o teplotě 300 °C. Výsledkem byl rychlý vznik molekul metanu, čili CH₄. Při teplotách kolem 500 °C a vyšších se jim v experimentu objevoval také etan a další lehké uhlovodíky. Experimenty přitom vyhodnocovali s pomocí Ramanovy spektroskopie.

Podle Brovaroneho v tomto experimentu vytvořili model podmínek ve svrchním plášti, pokud jde o teplotu a tlak. Pak se stali svědky, jak stlačený diamant reaguje s vodíkem a během pár sekund vzniká metan. Vědci jsou přesvědčeni, že metan a podobné uhlovodíky skutečně mohou vznikat v zemských hlubinách abiotickou cestou a že tento mechanismus může hrát klíčovou roli v koloběhu uhlíku.

Brovarone s kolegy se nespokojili s diamanty. Experiment zopakovali s grafitem, a také s uhlíkovým sklem. V obou případech jim metan vznikal ještě rychleji a ještě ve větším množství, než v pokusech s diamanty. Výsledky výzkumu ukazují, že uhlíkové materiály, jako je diamant, grafit a další formy uhlíku, mohou fungovat jako významné zdroje metanu ve svrchním plášti Země.

Video: Quantities and Movements of Deep Carbon - Alberto Vitale Brovarone

Literatura

Phys.org 10. 12. 2021.

Nature Communications 12: 6387.