Le carbone dégazé des manteaux planétaires par l'activité volcanique joue un rôle important dans l'environnement de surface planétaire. Cependant, comment la teneur en carbone du manteau terrestre a été établie est encore mal comprise. Ici, nous montrons que le manteau des embryons planétaires peut avoir été presque saturé de carbone par de nouvelles expériences à haute pression et soulignons que la solubilité du carbone du magma est très cohérente avec les teneurs en carbone estimées dans les manteaux terrestre et lunaire.

Selon la théorie de la formation des planètes, des corps rocheux tels que la Terre ont été formés en répétant des collisions avec des matériaux poussiéreux. Dans ce processus, un certain nombre d'embryons planétaires de la taille de Mercure ou de Mars, ont été formés, et finalement ces corps ont fusionné et ont formé des planètes terrestres dans notre système solaire. Lors de la formation des embryons planétaires, l'intérieur de ces corps était susceptible d'être fondu en raison de la chaleur des éléments de désintégration radiative et d'une énergie de collision des embryons planétaires. À ce stade, fer et silicate séparés, et forment le noyau métallique et le manteau de silicate. La partition élémentaire se produit entre le noyau métallique et le manteau, et les éléments sidérophiles (amoureux du fer) sont retirés du manteau.

Des études antérieures ont étudié expérimentalement la partition du carbone entre le noyau liquide et le manteau en fusion sur les planètes terrestres, et a souligné que le carbone réparti dans le manteau était beaucoup plus petit que les teneurs estimées en carbone dans le manteau terrestre aujourd'hui. Ainsi, comment et quand la plupart du carbone du manteau terrestre a été livré était un grand mystère.

Dans les expériences précédentes, l'échantillon était saturé de carbone en raison de l'utilisation d'une capsule de graphite. Cependant, étant donné les teneurs en carbone des chondrites qui sont considérées comme le principal élément constitutif de la terre, il est peu probable que la majeure partie de la Terre soit saturée de carbone. De plus, le partage de l'élément entre deux phases varie avec la concentration de l'élément d'intérêt même si les conditions de pression et de température sont identiques. Ainsi, des précautions doivent être prises lorsque des résultats expérimentaux antérieurs dans des conditions saturées en carbone s'appliquent aux planètes telluriques. Néanmoins, l'effet de la concentration de carbone sur son comportement de séparation métal-silicate n'a pas été étudié. Chercheurs de l'Université d'Ehime, Université de Kyoto, et l'Agence japonaise pour les sciences et technologies marines et terrestres (JAMSTEC) ont mené de nouvelles expériences à haute pression sur le partage du carbone entre le métal et le silicate en utilisant des matériaux de départ chondritiques et un SiO 2 capsule de verre au lieu d'une capsule de graphite.

Par conséquent, ils ont découvert que le carbone se partageait en silicate fondu dans l'échantillon à l'aide d'un SiO 2 capsule était presque saturée de carbone. Cela suggère que si les embryons planétaires contenaient la même quantité de carbone que la chondrite, leurs manteaux peuvent aussi avoir été presque saturés de carbone. En outre, si le mélange entre le noyau métallique et le manteau n'était pas efficace lors de l'impact de fusion des embryons planétaires, on s'attendrait à ce que le manteau des proto-planètes retienne des quantités presque saturées de carbone. En effet, la solubilité du carbone dans le magma s'équilibrant avec le fer métallique est très cohérente avec celle du manteau terrestre, suggérant que la teneur en carbone du manteau terrestre pourrait être une conséquence naturelle de la partition noyau-manteau du carbone lors de la formation de la Terre.