Разгадывая тайны углерода, возможного образования нефти и не только в глубинах Земли

Как алмазы размером с картофелину выстреливают со скоростью 40 миль в час из места своего рождения на глубине 100 миль под поверхностью Земли? Существует ли тайная сфера жизни внутри планеты? Может ли нефти и природного газа быть больше, чем кто-либо мечтает, причем нефть образуется не из останков древних окаменелых растений и животных у поверхности, а естественным путем в глубоких недрах? Можно ли преобразовать парниковый газ, диоксид углерода, в чистый твердый минерал?

Эти и другие загадки решаются в рамках реального проекта, напоминающего научно-фантастическую классику Путешествие к центру Земли. О нем рассказали на 242-м Национальном собрании и выставке Американского химического общества (ACS). Доктор Рассел Хемли сообщил, что сотни ученых будут работать вместе над международным проектом Deep Carbon Observatory (DCO), чтобы исследовать химический элемент, о котором говорят, пожалуй, чаще всего — углерод, в том числе в форме CO₂.

«Обеспокоенность изменением климата сделала миллионы людей осведомленными о роли углерода на поверхности Земли, в атмосфере и океанах, — сказал Хемли. — DCO раскроет критически важную информацию о движении и судьбе углерода на сотнях и тысячах миль ниже поверхности Земли. Мы называем это глубоким углеродным циклом».

Это фундаментальное исследование может иметь практическое значение. Используя оборудование, воспроизводящее давление в недрах Земли (в тысячи и миллионы раз выше, чем на поверхности), ученые обнаружили способ превращения CO₂ в материал, похожий на камень, — полимерный диоксид углерода. Дальнейшие разработки могут повысить его стабильность в условиях, близких к поверхностным.

Результаты также могут привести к созданию новых материалов для коммерческих и промышленных продуктов. Например, лаборатория Хемли разработала способ производства «супер» алмазов — высококачественных кристаллов, крупнее и лучше существующих. Используя процесс химического осаждения из газовой фазы, исследователи получили алмазы быстро и при низком давлении. Эти алмазы обладают превосходной твердостью, прозрачностью, а также улучшенными электрическими и термическими свойствами. Они могут привести к созданию более быстрых и менее нагревающихся компьютерных чипов, а также найти применение в advanced режущих инструментах, долговечных и термостойких окнах для космических аппаратов.

Проект DCO будет исследовать загадку формирования природных алмазов, включая их химический состав и механизм быстрого подъема из глубин. Прямое наблюдение этого процесса пока невозможно. Другой областью исследований станет энергетика. Вопрос о том, в какой степени углеводороды в недрах Земли образуются за счет неорганических процессов, а не только из ископаемых остатков растений и животных, остается открытым. Изучение природы углерода в глубинах может дать ключи к тому, как и в какой мере этот абиотический процесс может пополнять энергетические резервы.

Наконец, исследования DCO имеют значение для поиска других форм жизни на Земле и в космосе. Ученые уже обнаружили микробы на глубине около мили при высоких температурах и подозревают, что некоторые формы могут существовать еще глубже. Новые исследования в лаборатории Хемли показывают, что некоторые бактерии способны выживать при давлениях до 20 000 атмосфер, что поддерживает теорию о возможности жизни в экстремальных внеземных условиях.

Финансирование исследований осуществляют Институт Карнеги в Вашингтоне, Национальный научный фонд США, Министерство энергетики США и Фонд Альфреда Слоуна.