Как перемещения углерода в глубинах Земли формируют континенты и алмазы

Новое исследование, опубликованное в Science Advances учёными из Гуанчжоуского института геохимии Китайской академии наук (GIG-CAS) и их международными коллегами, показывает, что глубоко погрузившиеся карбонаты могут вызывать значительные вариации в окислительно-восстановительных состояниях мантии Земли. Этот процесс влияет на образование сублитосферных алмазов и играет роль в долгосрочной эволюции кратонов — древних стабильных частей континентальной литосферы.

Исследовательская группа провела эксперименты при высоком давлении, моделируя условия на глубинах от 250 до 660 километров, чтобы изучить, как карбонатитовые расплавы, образованные из субдуцированных плит, взаимодействуют с мантийными породами, содержащими металлическое железо.

Результаты показывают, что в «неплюмовых» средах (в более холодных мантийных условиях) карбонатитовые расплавы подвергаются прогрессирующему восстановлению, что приводит к образованию неподвижных алмазов, которые помогают стабилизировать кратон. Напротив, в более горячих условиях под влиянием плюмов карбонатитовые расплавы склонны окислять окружающую мантию, что ослабляет литосферу и может спровоцировать её деламинацию, поднятие поверхности и широкомасштабную вулканическую активность.

Сравнив состав минералов, образовавшихся в экспериментах, с включениями в природных алмазах из кратонов Африки и Южной Америки, исследователи обнаружили чёткие доказательства того, что разные мантийные среды производят различные окислительно-восстановительные сигнатуры. Эти вариации напрямую определяют, образует ли субдуцированный углерод стабильные алмазы или способствует дестабилизации литосферы.

«Окислительно-восстановительное состояние глубокой мантии является критическим фактором, контролирующим, как летучие вещества, такие как углерод, циркулируют между поверхностью Земли и её недрами, — сказал профессор Юй Ван, автор-корреспондент исследования. — Наши эксперименты показывают, что судьба субдуцированного углерода сильно зависит от температуры мантии и окислительно-восстановительных условий, формируя эволюцию континентов в геологическом времени».