Một nghiên cứu đột phá được công bố vào ngày 4 tháng 9 năm 2025 trên tạp chí Nature Communications đã đưa ra bằng chứng thuyết phục về mối liên hệ chặt chẽ giữa quá trình kết tinh của lõi trong Trái Đất và hàm lượng carbon. Các nhà khoa học từ Đại học Oxford, Đại học Leeds và University College London đã sử dụng các mô phỏng tiên tiến để đề xuất rằng một nồng độ carbon khoảng 3,8% trong lõi có thể là yếu tố khởi đầu cho quá trình đông đặc của nó.
Phát hiện này cho thấy carbon có thể hiện diện trong lõi Trái Đất với số lượng lớn hơn nhiều so với ước tính trước đây và đóng vai trò then chốt trong sự hình thành lõi rắn bên trong. Lõi trong rắn là bộ phận thiết yếu duy trì từ trường Trái Đất, lá chắn bảo vệ hành tinh khỏi bức xạ mặt trời có hại. Những hiểu biết mới từ nghiên cứu này cung cấp cái nhìn sâu sắc quan trọng về các quá trình sâu bên trong Trái Đất và có ý nghĩa rộng lớn đối với khoa học hành tinh.
Nghiên cứu đã sử dụng các mô phỏng máy tính ở cấp độ nguyên tử để tái hiện quá trình đông đặc của sắt nóng chảy dưới nhiệt độ và áp suất cực lớn. Các mô phỏng này chỉ ra rằng sự hiện diện của carbon giúp đẩy nhanh quá trình tạo mầm cho sắt rắn, từ đó hỗ trợ sự hình thành lõi trong. Ngược lại, các nguyên tố như silicon và lưu huỳnh, cũng được xem xét trong mô phỏng, lại có xu hướng cản trở quá trình đông đông đặc.
Trước đây, các nhà khoa học tin rằng lõi Trái Đất tinh khiết sẽ cần một sự siêu lạnh đáng kể, khoảng 800-1000°C, để bắt đầu quá trình kết tinh. Tuy nhiên, mức độ siêu lạnh này sẽ dẫn đến một lõi trong lớn hơn nhiều và làm suy yếu từ trường, điều không phù hợp với quan sát thực tế. Nghiên cứu mới cho thấy, với 3,8% carbon, yêu cầu về siêu lạnh giảm xuống chỉ còn 266°C, một con số hợp lý hơn nhiều.
Điều này cũng có nghĩa là lõi Trái Đất có thể đã hình thành mà không cần đến các "hạt mầm" (nucleation seeds) - những hạt nhỏ giúp khởi tạo quá trình đông đặc, vốn thường được cho là cần thiết nhưng lại có khả năng bị tan chảy hoặc hòa tan trong môi trường lõi. Phát hiện này không chỉ làm sáng tỏ lịch sử hình thành Trái Đất mà còn mở ra những cánh cửa mới trong việc tìm hiểu bản chất hóa học và sự tiến hóa tiềm năng của lõi hành tinh.
Hiểu được vai trò của carbon trong việc định hình lõi trong giúp chúng ta có cái nhìn toàn diện hơn về sự ổn định của từ trường, yếu tố then chốt cho sự sống trên Trái Đất. Hội đồng Nghiên cứu Môi trường Tự nhiên (NERC) đã tài trợ cho công trình nghiên cứu quan trọng này.