Углерод возник в нижней мантии

Несовершенные алмазы для ювелирных бриллиантов не годятся, тем не менее, для учёных они представляют большой интерес. Анализ состава включений посторонних примесей позволил подтвердить некоторые научные геологические гипотезы и сделать вывод, что круговорот углерода оставляет заметные следы даже в наиболее отдаленных от поверхности слоях мантии.

Группа учёных из Университета Бразилии, Университета Бристоля (Великобритания) и Института Карнеги (Вашингтон, США) исследовала несколько сверхглубинных алмазов, извлеченных на бразильском кимберлитовом месторождении Жуина-5. С помощью этих уникальных камней, не представляющих никакой ценности для ювелиров, им удалось доказать, что поверхностному углероду удается достигать самых нижних слоёв мантии.

Бесценные алмазы

Месторождения Жуина прекрасно известны геохимикам, поскольку они представляют собой самый богатый природный источник сублитосферных алмазов. Подавляющая часть добываемых алмазов на планете не имеет включений, и образуются на глубинах не более 200 километров. Именно за такими камнями «охотятся» международные алмазодобывающие корпорации и концерны.

Поэтому можно сказать, что в сфере алмазов конфликт интересов крупного бизнеса и науки удачно разрешен.

Учёным интересны, прежде всего, совсем другие алмазы — сверхглубинные, которые имеют в своем составе дополнительные включения других химических элементов и веществ. Эти «загрязнения» могут много рассказать о тех процессах, которые сопутствуют образованию минералов и об их дальнейшей геологической эволюции.

Те образцы алмазов, которые оказались в распоряжении профессора Майкла Уолтера из университета Бристоля, оказались поистине уникальной находкой. Фазовый и химический состав их включений, крошечных крупинок базальта диаметром в сотые доли миллиметра, говорят о том, что образование их произошло при давлениях и температурах, которые имеются в земных условиях только в нижней мантии. А это глубины порядка 660 километров и более.

Слишком лёгкий углерод

Изучение изотопного состава атомов углерода из рассматриваемого образца показал следующее. Большое число лёгких изотопов в 4 из 6 изученных образцах свидетельствовало, что происхождение этого углерода - поверхностное. Таким образом, выходит, что поверхностный углерод как-то проник в нижние слои мантии и уже там под влияние огромного давления и температуры превратился в алмазы.

Ученым нужно было выяснить, каким образом этот случилось, и здесь им на помощь пришла не подтверждённая, но существующая достаточно давно гипотеза.

«Углерод, характерный для других алмазов с больших глубин - из нижних слоев земной мантии, как правило, совпадает с углеродом мантии по своему изотопному составу, — рассказал Стивен Шири из Института Карнеги, — однако исследуемые образцы сверхглубоких алмазов содержали намного меньше углерода-13. Обнаруженный состав веществ больше всего напоминает состав органических компонентов, имеющихся в других океанических литосферных плитах».

Кладбище тектонических плит

Итак, существует довольно известная гипотеза о том, что на стыке тектонические океанские плиты при некоторых условиях погружаются на большие глубины, как бы  «утопая» в мантии, вплоть до нижних ее слоев. Это предположение косвенным образом подтверждалось проведенными сейсмологическими исследованиями и некоторыми геологическими моделями. При этом прямых доказательств этой гипотезы до сих пор добыть не удалось, более того, даже авторы гипотезы понятия не имели, что происходит с материалом океанической плиты со временем. Было бы очень интересно знать, как изменяется состав пород, из которых она состоит, под воздействием огромных давлений и, и выходят ли они со временем на поверхность Земли снова.

Оказалось, что действительно выходят. По крайней мере, часть углерода, которая, вполне вероятно, имела даже органическое происхождение и, как большинство других содержащих углерод карбонатных осадков, покоящихся на морском дне, превращается в нижних слоях мантии в алмазы.

Эта часть углерода впоследствии в составе плюма (восходящего под воздействием температурной неоднородности потока твёрдых частиц в жидкой мантии) поднимается вверх, сквозь толщу мантии к литосфере. А уже там, если происходит благоприятное с геологической точки зрения стечение обстоятельств, вместе с другими минералами и веществами «прорывается» к поверхности, образуя кимберлитовую вертикальную трубку.

Этот факт имеет свои физико-химические свидетельства. Во время образования минералов состав базальтовых включений обязан быть однородным. При подъеме в верхние слои, когда менялись окружающие камни давление и температура, базальт распался на минералы разного химического и фазового состава, хотя общий атомный состав не изменился, поскольку активному обмену с окружающей средой препятствовали сверхпрочные и очень плотные стенки алмазов.

Углеродная история

Эта работа, которая размещена в свежем выпуске журнала Science Express, является первым свидетельством того факта, что углеродный цикл планеты касается не только океанов, атмосферы и литосферы, но и мантии.

По материалам mail.ru