Рентгеновские лучи используют алмазы как окно в центр Земли

Бразильские алмазы дали ответ на вопрос, над которым ученые-геологи бились много лет: как океаническая кора, погрузившаяся глубоко в недра Земли, перерабатывается и возвращается в состав вулканических пород?

Международная команда исследователей во главе с Бристольским университетом и при участии специалистов из лаборатории STFC Daresbury Laboratory получила новое представление о том, как Земля перерабатывает саму себя в рамках глубинного тектонического цикла на недоступных для бурения глубинах. Полная статья об исследовании была опубликована 31 июля в научном журнале Nature.

Океаническая кора Земли постоянно обновляется в цикле, длящемся миллиарды лет. Она формируется снизу магмой из мантии, поднимающейся на срединно-океанических хребтах, а затем возвращается в мантию, погружаясь в зонах субдукции под континенты. Сейсмические данные показывают, что кора может опускаться на глубину почти 3000 км и оставаться там миллиарды лет, приобретая уникальный химический «отпечаток» по сравнению с окружающей магмой. Механизм этого процесса долгое время оставался загадкой.

Океаническая кора миллионы лет лежит под морской водой, взаимодействуя с ней и образуя карбонатные минералы, такие как известняк. При субдукции эти карбонаты понижают температуру плавления корового материала. Считается, что образующийся расплав обогащен элементами, несущими «отпечаток» коры.

Исследователи подтвердили эту теорию, изучив алмазы из района Жуина в Бразилии. Когда богатая карбонатами магма поднимается через мантию, кристаллизуются алмазы, захватывая в процессе мельчайшие включения минералов. Они формируются на огромных глубинах и давлениях и могут служить индикаторами процессов в недрах Земли на глубине в сотни километров. Алмазы из Жуины особенно известны такими минеральными включениями.

В Источнике Синхротронного Излучения (SRS) в лаборатории Daresbury команда использовала интенсивный пучок рентгеновских лучей для изучения условий образования минерала перовскита, который встречается в этих алмазах, но не существует в естественных условиях у поверхности Земли. С помощью сфокусированного синхротронного пучка шириной менее половины человеческого волоса и метода рентгеновской дифракции они установили условия стабильности перовскита, заключив, что эти включения сформировались на глубине до 700 км в переходной зоне мантии.

Эти результаты, подкрепленные дополнительными экспериментами в Эдинбургском университете, Университете Байройта (Германия) и Advanced Light Source (США), позволили команде показать, что алмазы и их включения перовскита действительно кристаллизовались из малых по объему расплавов в мантии Земли. При нагреве океаническая кора образует карбонатитовые расплавы, сверхконцентрированные по микроэлементам с «отпечатком» коры. Более того, такие расплавы могут быть широко распространены в мантии и «приправлять» мантийные породы в течение очень долгого времени.

Доктор Алистер Ленни, научный сотрудник лаборатории Daresbury: «Использование рентгеновских лучей для решения вопросов наук о Земле — активно развивающееся направление работы на SRS. Мы очень рады, что SRS помог ответить на такие давние вопросы о нашей планете».

Доктор Майкл Уолтер с кафедры наук о Земле Бристольского университета: «Возможности SRS в Daresbury для высокотемпературных исследований были crucial для определения происхождения этих алмазов и их включений».