Обнаружен алмаз-ловушка для давно предсказанного уникального минерала

Когда дело доходит до понимания того, что на самом деле находится глубоко внутри Земли, алмазы лучший друг геолога.

Крошечный кусочек камня, заключенный в алмаз, теперь открывает совершенно новое окно в то, как выглядит нижняя мантия планеты. Внутри алмаза находится недавно обнаруженный силикатный минерал, получивший название давемаоит, который мог образоваться только в нижней мантии Земли, сообщают исследователи в Science.


Это первый раз, когда ученым удалось окончательно доказать, что этот тип минерала нижней мантии ранее предсказанный в результате лабораторных экспериментов действительно существует в природе. Команда назвала минерал в честь известного экспериментального геофизика высокого давления Хо Квана (Дэйва).

Алмаз, несущий характерные минеральные включения, был добыт в шахте Ботсваны и образовался на глубине более 660 километров, на верхней границе нижней мантии Земли. Используя аналитические методы, включая рентгеновскую дифракцию, рентгеновскую флуоресцентную визуализацию и инфракрасную спектроскопию, минералог Оливер Чаунер из Университета Невады, Лас-Вегас, и его коллеги определили химический состав и структуру нового минерала, определив его как разновидность кальция, силикатный перовскит.

Ученые ранее подсчитали, что от 5 до 7 процентов нижней мантии должно состоять из этого минерала, говорит Чаунер. Но непосредственно наблюдать за такими глубинными минералами Земли чертовски сложно. Это связано с тем, что минералы, устойчивые к высоким давлениям нижней мантии, которая простирается до 2700 километров под поверхностью Земли, начинают перестраивать свою кристаллическую структуру, как только давление спадает.


Даже самый распространенный минерал на планете, силикат магния и железа в нижней мантии, известный как бриджманит, был в значительной степени теоретическим до 2014 года, когда было обнаружено, что он естественным образом образовался в метеорите, который врезался в Австралию с сокрушительной силой. На сегодняшний день бриджманит - единственный силикатный минерал высокого давления, существование которого подтверждено.

Алмазы действуют как капсулы времени, удерживая первоначальные минеральные формы на своем пути к поверхности. Обнаружение давемаита не только подтверждает его существование, но и показывает расположение некоторых источников тепла глубоко внутри Земли. Хотя это минерал силикат кальция, давемаоит также содержит множество различных элементов, которые проникают в его кристаллическую структуру. Сюда входят радиоактивные элементы, такие как уран, торий и калий, а также редкоземельные элементы. Долгое время считалось, что такие радиоактивные элементы производят около трети тепла, циркулирующего в нижней мантии (остальные две трети остались от первоначального образования планеты 4,55 миллиарда лет назад). Определив химический состав давемаоита, исследователи теперь могут подтвердить, где находятся эти элементы.

Это потому, что алмаз Ботсваны также содержит форму льда под высоким давлением, а также другой минерал высокого давления, известный как вюстит. Присутствие этих включений помогло сузить грубые давления, при которых мог образоваться давемаоит: где-то между 24 миллиардами паскалей и 35 миллиардами паскалей, говорит Чаунер. «Трудно сказать, какой именно глубине это соответствует», - добавляет он. Но открытие напрямую связывает тепловыделение (радиоактивные материалы), круговорот воды (лед) и углеродный цикл (представленный образованием самого алмаза), и все это в глубокой мантии.


Еще один интригующий аспект этого нового минерала заключается в том, что он удивительно богат калием по сравнению с лабораторными прогнозами, говорит Санг-Хеон Шим, геофизик из Университета штата Аризона в Темпе. По словам Шима, в ходе большинства экспериментальных попыток создать минерал был получен «почти чистый перовскит из силиката кальция». Ученые могут только предполагать, что был источником дополнительного калия, но этот неожиданный состав намекает на то, что нижняя мантия может быть более пестрой смесью, чем предполагалось, со сложностью, которую трудно предсказать только на основе лабораторных исследований.