Мантія Землі - це своєрідний двигун, що рухає вулкани, переробляє земну кору та визначає довготривалу еволюцію планети. Проте одна з її найзагадковіших характеристик - окисно-відновний стан, або баланс окислених і відновлених хімічних речовин, - лишалася мало відомою для науковців, пише Phys.org.
Нове дослідження Яеля Кемпе та Якова Вейса з Інституту наук про Землю Єврейського університету дає рідкісну можливість зазирнути в ці глибинні процеси. Учені виявили нано- та мікровключення в алмазах із шахти Воорспоед у Південній Африці.
Протягом десятиліть учені за допомогою моделей і експериментів припускали, що нікелевмісні металічні сплави стабілізуються в мантії на глибині приблизно 250–300 км. Проте природних зразків, що підтверджували б цю гіпотезу, майже не вдавалося знайти.
Співпрацюючи з колегами з університетів Невади, Кембриджа та Наноцентру Єврейського університету, команда Вейса вперше ідентифікувала нікель-залізні металеві наночастинки і нікелевмісні карбонатні мікровключення, які формувалися на глибині 280-470 км і збереглися всередині алмазів. Зазначається, що ці включення стали першим прямим доказом існування нікелевмісних сплавів на величезній глибині.
Учені вважають, що значення їхнього відкриття виходить далеко за межі підтвердження теорій. Спільне існування нікель-залізного сплаву та нікелевмісних карбонатів свідчить про метасоматичну реакцію окисно-відновного заморожування - динамічну взаємодію, в якій окислений карбонатно-кремнієвий розплав інфільтрував відновлений металовмісний перидотит. Це узгоджується з ранішими свідченнями з менших глибин, що саме так найчастіше формуються природні алмази.
У таких умовах переважне окиснення заліза порівняно з нікелем призвело до збагачення залишкового сплаву нікелем. Одночасно нікелевмісні карбонати та самі алмази кристалізувалися з розплаву. Таким чином, алмази "застигли" в моменті геохімічних змін: перетворенні відновленої мантійної породи на більш окиснене, багате на леткі речовини середовище, а також у відновленні карбонатів з утворенням алмазів.
"Це рідкісний знімок хімії мантії у дії. Алмази діють як крихітні капсули часу, зберігаючи реакції, що зазвичай зникають, коли мінерали знову врівноважуються з навколишнім середовищем", - зазначив Вейс.
Наслідки для динаміки мантії та магматизму
На думку учених, ці висновки мають широке значення. Якщо локалізовані метасоматичні реакції періодично окислюють невеликі ділянки мантії, вони можуть допомогти пояснити, чому деякі включення в інших надглибоких алмазах демонструють несподівано високі умови окислення.
Зазначається, що такі процеси також проливають світло на походження магм, багатих на леткі речовини. Збагачення мантійного перидотиту карбонатом, калієм та несумісними елементами під час цих окисно-відновних подій може підготувати мантію до подальшого формування кімберлітів, лампрофірів і навіть деяких базальтів океанічних островів.
Іншими словами, крихітні включення в алмазах Воорспоед натякають на масштабні зв'язки між субдукцією, окисно-відновною динамікою мантії та генерацією магм, які формують континенти та виносять алмази на поверхню.
Науковці наголошують: алмази - це не лише коштовності, а й своєрідні "капсули часу", які зберігають у собі таємниці внутрішнього світу Землі.
Інші відкриття про внутрішні процеси у глибині Землі
Як повідомляв раніше УНІАН, вчені розгадали загадку, куди спрямовується енергія під час землетрусів. У Массачусетському технологічному інституті відстежили цю енергію, досдіжєуючи "лабораторні землетруси" - мініатюрні аналоги природних землетрусів. Науковці кількісно визначили повний енергетичний баланс таких землетрусів та з'ясували, яка частка енергії йде на тепло, яка та трясіння та розтріскування.
З'ясувалося, що лише близько 10% енергії лабораторного землетрусу викликає фізичні струси. Менше як 1% йде на руйнування гірських порід та створення нових поверхонь. Переважна частина енергії землетрусу - в середньому 80% - йде на нагрівання ділянки навколо епіцентру землетрусу.
