Редкий алмаз подтвердил наличие океанов в мантии Земли
Алмаз, переживший поездку из «ада», подтвердил давнюю теорию: в земной мантии прячутся океаны воды. «Это прямое подтверждение того, что есть очень, очень большое количество воды, замкнутой в ловушке в отдельном слое глубоко под Землей», — рассказал Грэм Пирсон, ведущий автор исследования и геохимик из Университета Альберты в Канаде. Результаты исследования были опубликованы 12 марта в журнале Nature.
Невзрачный на вид алмаз заключает в себе крошечный кусочек оливинового минерала рингвудита. Впервые этот минерал был обнаружен на поверхности Земли, а не в лаборатории или метеорите. Рингвудит формируется только в условиях экстремального давления на глубине не менее 515 километров вглубь Земли.
Что прячет мантия?
Большую часть объема Земли составляет мантия, горячий слой камня между корой и ядром. Расположенная слишком глубоко, чтобы добраться до нее при помощи бура, о мантии можно судить только по двум уликам: по метеоритам и по кускам породы, поднятой вулканами. Во-первых, ученые считают, что состав мантии идентичен составу метеоритов типа хондритов, которые состоят главным образом из оливина. Во-вторых, лава, которую изрыгают вулканы, иногда поднимает из мантии кусочки минералов, которые намекают на высокую температуру и давление, которым подвергается оливин в недрах Земли.
За последние десятилетия ученые также воссоздали мантию в лабораториях, нагревая оливин лазерами, выстреливая минералами из массивных орудий и сжимая камни в алмазных наковальнях, имитирующих недра Земли.
Лабораторные исследования показали, что оливин принимает разные формы в зависимости от глубины, на которой обнаруживается. По мере роста давления образуются новые формы кристаллов. Изменения скорости волн землетрясений также поддерживают эту модель. Сейсмические волны ускоряются или замедляются на определенной глубине в мантии. Ученые предполагают, что эти зоны скорости формируются в зависимости от типа оливина. К примеру, на глубине от 520 до 660 километров, оливин должен становиться рингвудитом. Но до нынешних пор ни у кого не было прямых доказательств того, что на этой глубине он вообще есть.
«Большинство людей (в том числе и я) ожидали, что никогда не увидят такой образец. Образцы из переходных зон и нижней мантии чрезвычайно редки и встречаются только в нескольких необычных алмазах», — рассказал Ганс Кепплер, геохимик из Университета Байройта в Германии.
Глубочайший океан Земли
Алмаз из Бразилии подтверждает, что модели корректны. Оливин становится рингвудитом на такой глубине, а этот слой называется переходной зоной мантии. Также находка разрешает долго текущие дебаты о наличии воды в этой самой зоне. Рингвудит на 1,5 % состоит из воды, представленной не в жидком виде, а в виде ионов гидроксильной группы. Результаты говорят о том, что в переходной зоне мантии может быть очень много воды (на глубине от 410 до 660 километров под Землей).
«Это приводит к невероятно большому массиву воды, который по объемам может сравниться со всеми мировыми океанами», — рассказал Пирсон.
Тектоника плит перерабатывает земную кору стягивая и растягивая плиты океанической коры в зонах субдукции, где она погружена в мантию. Эта кора, пропитанная океаном, сливает воду в мантию. Многие из таких плит в конечном счете застревают в переходной зоне мантии. Ученые считают, что значительная часть воды в мантии берется именно отсюда. Переходная зона становится кладбищем субдуцируемых плит.
Кепплер отметил, что есть возможность того, что вулканическое извержение, которое вывело на поверхность алмаз из глубин Земли, случилось в крайне насыщенной водой части мантии, и не весь слой переходных зон может быть так насыщен водой, как это показал рингвудит.
«Если источником магмы стал необычный резервуар в мантии, есть возможность того, что другие места в переходной зоне содержат меньше воды, чем нашли в рингвудите Пирсон и коллеги, — пишет Кепплер. — Тем не менее в свете этого образца, модели с безводными или бедными водой переходными зонами кажутся маловероятными».
Поездка на ракете
Жестокое извержение вулкана, которое называется кимберлитовым, очень быстро доставило этот отдельный алмаз из глубин мантии. «Кимберлитовое извержение похоже на брошенный «ментос» в бутылку с колой. Это очень энергичная газовая реакция, которая находит свой путь к поверхности Земли».
Крошечный зеленый кристалл, шокированный 525-километровым путешествием на поверхность, был куплен у алмазодобывающей компании в Джуине, Бразилия. Алмазы из самых глубин, как правило, деформированы и избиты долгим путешествием. Пирсон говорит, что глядя на них, можно подумать, что те приехали напрямую из ада. Такие алмазы не представляют никакой коммерческой ценности, но геологам они дают уникальную возможность заглянуть вглубь Земли.
Открытие рингвудита произошло случайно, когда Пирсон и его коллеги искали способы характеризации алмазов. Ученые полагают, что тщательная обработка образцов является ключом к поиску большего количества рингвудита, поскольку нагревание алмазов на глубине, как и полировка учеными алмазов в процессе анализа, приводит к тому, что оливин изменяет форму.
«Мы думаем, что возможно рингвудит находили и ранее, но те методы, которыми они обрабатывали образцы, привели к тому, что образцы возвращались в форму, которая образуется при низком давлении».
