Докопались до алмазов. Минералы из звездной пыли рассказывают о мантии
Большинство алмазов образовалось в литосфере, но некоторые происходят из нижней мантии, с глубины более шестисот километров, и могут быть ровесниками нашей планеты. Что узнали ученые о земных недрах благодаря микроскопическим включениям в сверхглубинные алмазы - в материале РИА Новости.
Окно в мантию
Доступных для изучения образцов из нижней мантии Земли, вероятно, меньше, чем реголита, доставленного с Луны во время космических экспедиций, пишет Феликс Каминский, известный исследователь глубоких недр, работающий в Канаде.
Самая глубокая скважина на Земле - Кольская - пробурила земную кору всего на 12 километров. Все, что ниже, изучают геофизическими методами или экспериментальным моделированием. Лишь в последние пару десятилетий ученые буквально открыли окно в нижнюю мантию, расположенную глубже 660 километров. И все благодаря микроскопическим включениям в алмазах.
Алмазы - самые твердые природные минералы. Они образуются в недрах и выбрасываются на поверхность вулканической активностью. Геологи находят их в горных породах кимберлитах, которые формируют огромные трубки в земле.
Большинство алмазов родом из литосферы, среди них примерно шесть процентов проникли в земную кору из переходной зоны между верхней и нижней мантии или даже из еще более глубоких слоев.
"Некоторые пытаются продлить зону образования алмазов чуть ли не до ядра на основании найденных в них карбидов железа. Но это еще предстоит доказывать, в том числе экспериментально", - комментирует РИА Новости Андрей Бобров, доктор геолого-минералогических наук, профессор геологического факультета МГУ имени М. В. Ломоносова, сотрудник лаборатории геохимии мантии ГЕОХИ РАН.
Группа Боброва исследует мэйджоритовые гранаты - минералы, которые находят внутри самых глубинных алмазов. По их составу можно точно установить, из каких горизонтов они поступили. Другие мантийные минералы просто не выдерживают долгого подъема к земной коре.
Давление недр на углерод
Из чего состоит мантия Земли, известно достаточно точно: это довольно скромный набор силикатных фаз, плотность которых последовательно увеличивается с глубиной. Индикатором ее нижнего слоя служат силикаты магния MgSiO3 и кальция CaSiO3 со структурой перовскита. На поверхности их не встретишь в естественном состоянии, они быстро разрушаются. Их среда обитания на глубине 660-670 километров при давлении примерно 22 гигапаскаля и температуре 1400 градусов Цельсия.
Среди мантийных минералов есть и карбонаты. Они легко плавятся, углерод восстанавливается до свободного состояния и служит источником вещества для природных алмазов. По мере роста они захватывают частички расплава и кристаллические фазы глубинных геосфер, что и позволяет ученым уточнить знания о недрах.
Углерод для алмазов в недрах Земли берется из двух основных источников - из первичной мантии, изначально пребывавшей в недрах, и из земной коры, огромные фрагменты которой опускаются вглубь в местах сочленения океанских и континентальных плит (зонах субдукции).
Постоянное перемешивание и разогрев из ядра периодически плавят мантию. Расплав миллионы лет поднимается вверх к земной коре, захватывая по пути обломки (ксенолиты) глубинных пород и минералов.
"В научных статьях применяется термин "протокимберлитовый расплав". Это не та среда, что формирует трубки взрыва, хотя и близкая по составу. В ней на большой глубине зарождаются алмазы, а сам расплав эволюционирует с дальнейшим захватом пород мантии и коры. Он несет к поверхности алмазы, образованные на глубине, часто с включениями, и одновременно куски пород - мантийные ксенолиты", - поясняет Бобров.
Если в алмазе больше тяжелого изотопа углерода 13 С, значит, он рос в субстрате, возникшем из пород земной коры, погрузившихся в мантию (их называют эклогитами). Такие образцы нашли недавно в кимберлитовой трубке "Жуина-5" в Бразилии и месторождении Куллинан в ЮАР.
Ровесники Земли
По словам Боброва, сверхглубинные алмазы с включениями мэйджоритовых гранатов и других высокоплотных фаз найдены во всех кимберлитовых провинциях мира, в том числе в Архангельской области и Сибири. Например, изучаемые в ГЕОХИ РАН гранаты поступили из трубки "Мир" в Якутии. Их возраст три миллиарда лет.
"Это, конечно, очень древний возраст, соответствующий самым ранним этапам эволюции Земли. Но среди алмазов можно найти рекордсменов, которые имеют возраст, сопоставимый со временем зарождения Земли как планеты. Речь идет об алмазах с так называемыми "центральными" включениями. Среди них - металлические фазы, никелистое железо, как в метеоритах-хондритах, довольно большое разнообразие сульфидов. Для них устанавливают максимальный возраст", - говорит Андрей Бобров.
Кстати, когда начинали изучать сверхглубинные алмазы, то с их помощью надеялись понять, как устроены планеты других звездных систем, похожие на Землю. Этот вопрос пока с повестки дня не снят.
