Земля готовит сюрприз человечеству: алмазы подтвердили начало опасного процесса

Наука вновь приоткрыла завесу над тайнами устройства планеты. Геологи впервые зафиксировали никельсодержащие сплавы на глубине около 300 км под земной поверхностью. Доказательства удалось получить благодаря уникальным алмазам из Южной Африки, которые сохранили следы древних геохимических процессов. Эти данные позволяют лучше понять, как формируется мантия, вулканы и континенты.

Что скрывает мантия Земли

Мантия — это гигантский двигатель, определяющий динамику планеты. Она отвечает за переработку земной коры, подпитывает вулканическую активность и влияет на долговременную эволюцию Земли. Одним из важнейших, но труднодоступных параметров мантии является её окислительно-восстановительное состояние. Баланс между окисленными и восстановленными элементами формирует химические реакции, в результате которых рождаются новые минералы и даже континенты.

Исследование, проведённое учёными из Института наук о Земле при Еврейском университете, дало возможность впервые "увидеть" эти процессы напрямую. Для анализа использовались алмазы из рудника Ворспуд в Южной Африке, возраст и глубина образования которых насчитывают сотни километров.

"Алмазы — это крошечные капсулы времени, сохраняющие химические процессы мантии, которые иначе исчезли бы, когда минералы вернулись бы в равновесие", — пояснил профессор Яаков Вайс.

Открытие никелевых сплавов

До этого момента существовали лишь теоретические модели, согласно которым никелевые сплавы должны стабилизироваться в мантии примерно на глубине 250-300 км. Однако подтверждений не было. Алмазы показали, что эти прогнозы были верны: внутри них обнаружены микровключения сплавов никеля и железа, а также карбонаты, насыщенные никелем.

Кроме того, в образцах нашлись коэсит, калийсодержащие глиноземистые фазы и даже твёрдый молекулярный азот. Эти находки стали важными маркерами давления, позволившими точно установить глубину формирования минералов.

Как происходил процесс

Сценарий выглядит следующим образом: в глубинах мантии окисленный карбонатитово-кремниевый расплав соприкасался с восстановленной металлосодержащей породой — перидотитом. В ходе реакции железо окислялось быстрее, чем никель. Это оставляло металл обогащённым никелем, а из расплава формировались карбонаты и кристаллы алмазов. Таким образом, геологи получили уникальное доказательство того, как протекают реакции на предельных глубинах.

Сравнение находок

Учёные сравнили состав включений в алмазах для того чтобы показать глубинные процессы мантии.

Советы шаг за шагом: как изучают глубины через алмазы

1. Отбор алмазов в рудниках с уникальной геологией.

2. Изоляция микровключений без повреждения структуры камня.

3. Применение электронных микроскопов и спектроскопии для анализа.

4. Сопоставление данных с теоретическими моделями.

5. Публикация результатов для подтверждения или корректировки существующих гипотез.

Эти шаги позволяют превратить драгоценные камни в инструмент исследования процессов, происходящих на сотни километров ниже поверхности.

Ошибка → Последствие → Альтернатива

• Ошибка: игнорирование микровключений в алмазах.

• Последствие: утрата уникальных данных о глубинных реакциях.

• Альтернатива: применение современной аналитики (электронные микроскопы, рентгеновская томография).

• Ошибка: сравнение данных только с поверхностными породами.

• Последствие: недостоверные выводы о процессах в мантии.

• Альтернатива: использование комплексных моделей геохимии и минералогии.

• Ошибка: недооценка роли никеля.

• Последствие: неполная картина окислительно-восстановительных реакций.

• Альтернатива: привлечение расширенной базы образцов с разных континентов.

А что если никеля в мантии оказалось бы больше

Если бы в мантии присутствовало ещё больше никеля, процессы образования карбонатов и алмазов могли бы протекать иначе. Например, баланс окислительно-восстановительных реакций сместился бы, что изменило бы состав магмы. Это в свою очередь могло бы повлиять на формирование континентов и даже на активность вулканов.

Плюсы и минусы метода

Учёные сравнили метод анализа алмазов для того чтобы показать его сильные и слабые стороны.

FAQ

Как выбрать алмазы для исследований?
Их подбирают по глубинному происхождению и наличию микровключений, фиксирующих редкие минералы.

Сколько стоит такой анализ?
Исследования обходятся дорого: работа с электронными микроскопами и сложными спектрометрами требует миллионов долларов финансирования.

Что лучше для изучения мантии: алмазы или базальты?
Алмазы сохраняют процессы в "замороженном виде", тогда как базальты фиксируют уже изменённые продукты реакций. Поэтому их используют в комплексе.

Мифы и правда

• Миф: алмазы интересны только ювелирам.

• Правда: в геологии они — ключ к пониманию устройства планеты.

• Миф: никель в мантии не играет роли.

• Правда: он определяет ход важнейших реакций и баланс минералов.

• Миф: современные модели полностью описывают процессы мантии.

• Правда: каждое новое открытие вносит корректировки, как и находка никелевых сплавов.

Три интересных факта

1. Некоторые алмазы формировались глубже, чем высота трёх Эверестов, сложенных друг на друга.

2. Никель считается одним из элементов, определяющих магнитные свойства Земли.

3. Южноафриканские рудники дают материал, который помогает изучать процессы, протекавшие миллионы лет назад.

Исторический контекст

• В 1980-е годы физики предсказали существование никелевых сплавов в мантии.

• В начале 2000-х появились первые намёки на подтверждение этой теории.

• В 2020-х алмазы из Южной Африки дали прямое доказательство, подтвердившее предсказания учёных.