Два алмаза из южноафриканской шахты раскрыли неожиданное сочетание материалов, которое учёные изначально считали «почти невозможным»

Два алмаза из южноафриканской шахты раскрыли неожиданное сочетание материалов, которое учёные изначально считали «почти невозможным», предоставив новые сведения о том, как формируются алмазы в глубинах мантии Земли, и подтвердив давние теории о химии внутреннего устройства нашей планеты.

Открытие, опубликованное в понедельник в журнале Nature Geoscience и проведённое исследователями из Еврейского университета Иерусалима, сосредоточено на включениях, обнаруженных в алмазах из рудника Воорспоед. Эти микроскопические вкрапления содержат как окисленные карбонатные минералы, так и восстановленные никелевые сплавы — материалы, которые обычно немедленно вступают в реакцию при контакте, что делает их совместное существование крайне необычным.

Первые естественные доказательства химии глубинной мантии

Включения в алмазах, сформировавшиеся на глубине от 280 до 470 километров под поверхностью Земли, представляют собой первые естественные свидетельства наличия никелсодержащих металлических сплавов на таких глубинах, где теоретические модели давно предсказывали их существование. В течение десятилетий учёным не хватало прямых образцов с этих глубин, чтобы подтвердить своё понимание химических условий мантии.[1][2]

«Мы знали о таком восстановлении по некоторым эмпирическим данным, с реальными образцами на глубине, возможно, до 200 километров», — объясняет Майя Копылова, профессор Университета Британской Колумбии, не принимавшая участия в исследовании, но написавшая редакционную статью к публикации. «Что происходило ниже 200 км [было] только нашей идеей, нашими моделями, ведь получить материалы оттуда крайне сложно».[3]

По словам Яакова Вайса, ведущего автора исследования, исследовательская группа первоначально отложила образцы на год, пребывая в замешательстве из-за неожиданного сосуществования химически противоположных материалов. Перепроверив алмазы, учёные поняли, что включения зафиксировали момент реакции, в ходе которой образуются алмазы.

Раскрытие процессов образования алмазов

Это открытие впервые подтверждает, что алмазы могут формироваться при взаимодействии карбонатных минералов и восстановленных металлов в мантии. Процесс, вероятно, происходит, когда карбонатные жидкости затягиваются вниз субдуцирующими тектоническими плитами, принося богатые кислородом минералы в соприкосновение с металлическими сплавами в мантии.

«Это редкий снимок химии мантии в действии», — сказал Вайс. «Алмазы действуют как крошечные капсулы времени, сохраняя реакцию, которая в противном случае исчезла бы по мере повторного уравновешивания минералов с их окружением».

Открытие также помогает объяснить, почему в некоторых алмазах иногда встречаются атомы никеля, заменяющие углерод в их кристаллической структуре — загадка, потому что никель намного тяжелее углерода и не должен легко встраиваться в кристаллическую структуру.

Более широкие последствия для внутреннего строения Земли

Эти результаты свидетельствуют о том, что окисленные материалы существуют глубже в мантии, чем предполагалось ранее. Поскольку кимберлиты — извергшиеся породы, приносящие алмазы на поверхность — окислены, исследователи считали, что они не могут образовываться глубже, чем на 300 километров. Новые данные указывают на то, что эти несущие алмазы породы могут формироваться на большей глубине, чем ожидалось.

Исследование предоставляет важное подтверждение моделей редокс-состояния мантии и дает новые сведения о формировании магм, богатых летучими компонентами, таких как кимберлиты, которые извергаются с глубины в сотни километров. Включения в алмазах раскрывают связи между процессами субдукции, химией мантии и силами, формирующими континенты, а также обеспечивают доставку алмазов на поверхность Земли.