Потенциальный механизм переноса оливином бора в глубокую мантию Земли

Оливин — важный компонент верхней мантии Земли. Ранее влияние бора на свойства оливина игнорировалось, поскольку бор считается несовместимым с этим минералом. Большинство найденных природных образцов оливина имеют очень низкие концентрации бора (<0,5 ppm).

Однако были обнаружены оливины с очень высоким содержанием бора (23–2100 ppm), а также синтезированы обогащенные бором (160–230 ppm) форстериты в водных условиях. Исследовательская группа под руководством профессора Чжан Фэйу из Института геохимии Китайской академии наук (IGCAS) совместно с коллегами из Пекинского университета изучила стабильность боро-водородных дефектов в оливине и предсказала их влияние на его свойства.

Результаты показали, что совместимость бора с оливином может быть значительно повышена водой через образование очень стабильных [B-Si-H] комплексов в его кристаллической решетке. Присутствие H и B в оливине позволяет формировать B-H дефекты, которые значительно повышают растворимость как бора, так и водорода, линейно зависящую от их концентраций, независимо от давления, температуры, активности SiO₂ и содержания Fe. Это обеспечивает потенциальный механизм для переноса оливином бора в глубокую мантию.

Кроме того, исследователи выявили две стабильные формы B-H дефектов: ассоциированную (с связанным водородом), стабильную при более низких температурах, и диссоциированную (с несвязанным междоузельным водородом), стабильную при высоких температурах. Изменение структуры боро-водородных дефектов с температурой влияет на изотопное фракционирование, меняя предпочтительную координацию бора с 3-х до 4-х кратной, что благоприятствует включению в оливин изотопа ¹⁰B по сравнению с ¹¹B. Фракционирование изотопов бора в оливине, как предполагается, сильно зависит от температуры.

Ученые также предсказали значительный всплеск диффузии водорода и электропроводности в обогащенных бором областях мантии из-за образования междоузельного водорода при высоких температурах. Исследование было опубликовано в Journal of Geophysical Research: Solid Earth 25 мая.