Тема:

Геология и науки о Земле 25 суток назад

Мелкий алмаз поведал учёным о гигантских запасах воды в недрах нашей планеты

Алмаз диаметром 5 миллиметров содержит вкрапление уникального минерала рингвудита
(фото Richard Siemens, University of Alberta).

В статье, недавно вышедшей в журнале Nature, учёные утверждают, что обнаружили ранее невиданный минерал рингвудит (ringwoodite) в виде вкраплений в миниатюрном алмазе. Наличие этой породы, образовавшейся глубоко в недрах Земли, указывает на то, что под поверхностью нашей планеты могут присутствовать огромные запасы воды — примерно в том же количестве, что и в Мировом океане.

К сенсационному открытию геологи пришли почти случайно. Они анализировали алмаз весом менее одной десятой грамма, найденный в Бразилии. Камень не представляет собой никакой экономической ценности, однако его научная ценность невероятно высока. Как считают учёные, дальнейшие исследования образца помогут понять, как же всё-таки вода появилась на нашей планете.

Алмаз диаметром 5 миллиметров содержит вкрапление уникального минерала рингвудита (фото Richard Siemens, University of Alberta).

Большинство алмазов образуются на глубине от 150 до 200 километров, но существуют и "сверхглубокие" кристаллы, которые формируются в мантии Земли, а точнее, в её переходной зоне. Этот слой расположен на глубине 410-660 километров ниже поверхности планеты. И именно с таким образцом столкнулся геохимик Грэм Пирсон (Graham Pearson) и его коллеги из университета Альберты в Эдмонтоне.

Примеси в сверхглубоких алмазах часто используются учёными в роли естественных зондов для изучения области, в которых сформировались минералы. Это необходимо для понимания того, какие ещё породы можно встретить на таких глубинах. Некоторые минералы обладают особыми кристаллическими структурами, которые могут образоваться только при высоких давлениях и температурах, при этом структура перестраивается, когда снижается давление и среда охлаждается.

Некоторые алмазы и другие минералы могут образовываться в переходной зоне мантии Земли, после чего выходить на поверхность (иллюстрация Kathy Mather).

Поэтому, когда движения мантии выносят минералы на поверхность Земли и условия среды меняются, некоторые из ценных пород просто невозможно идентифицировать. Но если минерал заключён внутри алмаза в виде вкрапления, то их структура остаётся той же самой даже после выхода на поверхность. Только так геологи могут "заглянуть" в недра планеты.

Пирсон и его команда изучали бразильский алмаз при помощи метода рамановской спектроскопии. В ходе изучения образца учёные столкнулись с необычным явлением: 40-микрометровым вкраплением в алмазе оказался рингвудит, форма оливина, формирующаяся при очень высоких давлениях. Рингвудит никогда ранее не находили на Земле, только в составе метеоритов, или же получали в ходе лабораторных экспериментов.

Минерологи и сейсмологи уже давно предполагали, что рингвудит может быть основным компонентом переходной зоны мантии Земли, и новое открытие только подтверждает эту гипотезу.

В отличие от более изученных форм оливина, рингвудит может содержать значительное количество воды. Изучение таких образцов поможет понять, сколько воды содержится в мантии Земли. Используя инфракрасную спектроскопию, Пирсон обнаружил, что 1% крошечного вкрапления рингвудита составляет вода.

Искусственно синтезированный рингвудит диаметром 150 микрометров (фото Wikimedia Commons).

"Это только кажется, что воды немного. Но если представить, сколько всего рингвудита есть в переходной зоне, окажется, что там столько же воды, сколько во всех океанах Земли вместе взятых", — рассказывает Пирсон в пресс-релизе.

Учёные, не принимавшие участия в данной работе, полагают, что по одному образцу редкого минерала не стоит судить о том, как устроена вся переходная зона. Пирсон же придерживается того мнения, что рассматриваемый участок мантии может быть "пятнистым": где-то много воды, а где-то её совсем нет.

Существуют две гипотезы относительно того, как образовалась вода в мантии. Во-первых, это может быть обычная океанская вода, которая попала в недра Земли в ходе тектонического движения плит. Другая версия утверждает, что глубокие слои планеты по-прежнему содержат воду, которая присутствовала и на стадии формирования нашего мира.

Размеры алмаза и его вкраплений столь малы, что образец может не выдержать многочисленных тестов (фото Richard Siemens, University of Alberta).

Если же правы сторонники второй гипотезы, то отношение дейтерия к обычному водороду в составе глубинной воды может отличаться от того, что мы видим в образцах обычной морской воды. Более того, можно будет установить, прилетела ли вода на Землю с астероидами и кометами, или же появилась каким-то другим образом.

Пирсон и его коллеги понимают важность теста на соотношение изотопов, однако не торопятся его делать: образец рингвудита настолько мал, что необходимо заранее тщательно продумать стратегию его дальнейшего изучения.

Также по теме:
Установлен источник воды на Земле и Луне
Кристалл циркона помог учёным уточнить возраст земной коры
Уникальный русский минерал оказался внеземным
Древнейшая зона субдукции приоткрыла тайны зарождения жизни
Температура земного ядра оказалась на 1000 градусов выше

Сегодня