Под 300 километрами: Ученые нашли первое природное свидетельство существования богатых никелем сплавов в глубокой мантии

Новое исследование под руководством Яэль Кемпе и Яакова Вайсса из Института наук о Земле Еврейского университета предоставляет редкое окно в глубинные процессы, запечатленные в нано- и микровключениях в алмазах из южноафриканского рудника Вурспрут. Работа опубликована в журнале Nature Geoscience.

В течение десятилетий модели и эксперименты при высоком давлении предполагали, что богатые никелем металлические сплавы должны стабилизироваться в мантии на глубинах около 250–300 км. Однако природные образцы, подтверждающие эти предсказания, были чрезвычайно редки. Теперь команда Вайсса с коллегами из Университета Невады, Кембриджского университета и Наноцентра Еврейского университета идентифицировала нано-включения металлического сплава никель-железо и микровключения богатого никелем карбоната, сохранившиеся внутри алмазов, сформировавшихся на глубине 280–470 км. Это первое прямое свидетельство существования богатых никелем сплавов на предсказанной глубине — долгожданное подтверждение моделей редокс-состояния мантии.

Значимость находки выходит за рамки простого подтверждения теорий. Сосуществование сплава никель-железо и богатого никелем карбоната указывает на метасоматическую реакцию редокс-замораживания — динамическое взаимодействие, при котором окисленная карбонатит-силикатная расплавная флюида проникает в восстановленный, содержащий металлы перидотит. В этой среде предпочтительное окисление железа по отношению к никелю привело к обогащению остаточного сплава никелем, в то время как из расплава кристаллизовались богатые никелем карбонаты и алмазы. По сути, алмазы заморозили мимолетный геохимический момент: превращение восстановленной мантийной породы в более окисленную, богатую летучими веществами область и восстановление карбонатов с образованием алмазов.

Эти результаты имеют широкие последствия. Если локализованные метасоматические реакции периодически окисляют небольшие участки мантии, это может помочь объяснить, почему некоторые включения в других сверхглубоких алмазах фиксируют неожиданно высокие окислительные условия. Такие процессы также проливают свет на происхождение богатых летучими компонентами магм. Обогащение мантийного перидотита карбонатом, калием и несовместимыми элементами во время этих редокс-событий может подготовить мантию к последующему образованию кимберлитов, лампроитов и даже некоторых океанических островных базальтов.