Исследование химии железа в глубокой мантии

Карбонаты, минералы, содержащие ион CO₃²⁻ и металл (например, железо или магний), являются ключевыми участниками глубокого углеродного цикла Земли, в основном за счёт погружения океанической коры в мантию (субдукции). Лабораторные эксперименты и обнаружение карбонатных включений в алмазах нижней мантии показали, что эти минералы могут выдерживать экстремальные условия не только верхней, но и нижней мантии.

Исследовательская группа (Сергей Лобанов и Александр Гончаров из Института Карнеги, Константин Литасов из РАН и НГУ) изучила поведение минерала сидерита (FeCO₃) при высоком давлении. Их работа, опубликованная в American Mineralogist, помогла разрешить вопросы о наличии железосодержащих карбонатов в нижней мантии. Учёные установили, что в сидерите при давлении около 44 ГПа (434 000 атмосфер), характерном для нижней мантии, происходит спиновый переход — перераспределение электронов, меняющее энергию химических связей.

Этот переход, выявленный с помощью высокочувствительной спектроскопии при давлениях до 72 ГПа и сопровождавшийся видимым изменением цвета минерала, является ключом к пониманию химического состава карбонатов. Данные показывают, что в отличие от бедных железом карбонатов верхней мантии, карбонаты нижней мантии должны быть богаты железом. Подобные эффекты могут происходить и в других железосодержащих минералах нижней мантии, претерпевающих спиновые переходы.

«Чем больше мы узнаём о том, как спиновый переход влияет на химический состав карбонатов, тем лучше понимаем поведение всех железосодержащих минералов, углубляя знания о химии нижней мантии», — отметил Сергей Лобанов.