Ученые используют рентгеновские лучи для связи химии мантии с углеродным циклом

Геологи Элизабет Коттрелл из Смитсоновского национального музея естественной истории и Кэтрин Келли из Университета Род-Айленда проанализировали базальтовое стекло срединно-океанических хребтов, чтобы понять связь между геохимией мантии и углеродными резервуарами планеты. Используя рентгеновское излучение от Национального источника синхротронного излучения (NSLS) в Брукхейвенской национальной лаборатории, они измерили степень окисления железа в вулканических стеклах со дна океана по всему миру.

Степень окисления железа в мантии играет ключевую роль в обитаемости Земли, определяя, какие газы (например, CO₂ или CH₄) попадают в атмосферу при плавлении мантии. Ученые обнаружили, что базальты с относительно восстановленным железом (с более высоким соотношением Fe²⁺ к Fe³⁺) содержат более высокие концентрации высоконесовместимых элементов (бария, тория, лантана). Это противоречит предыдущим прогнозам.

Исследователи нашли объяснение: восстановленный характер этих базальтов коррелирует с присутствием углерода. Углерод, «отбирая» кислород у оксидов железа в глубинах Земли при плавлении мантии, окисляется до карбонат-иона, а железо восстанавливается (переходит из Fe³⁺ в Fe²⁺). «У нас есть как геохимический отпечаток, так и механизм, создающий эту корреляцию», — отмечает Коттрелл.

Полученные данные позволяют использовать степень окисления железа как индикатор для картирования содержания углерода в мантии Земли. Поскольку около 90% углерода планеты находится в глубинных недрах, это исследование — шаг к пониманию его общего количества и изменений в геологическом времени. Исследование, финансируемое Обсерваторией глубинного углерода и Национальным научным фондом США, было опубликовано на обложке журнала Science 14 июня.