Коли справа доходить до знання того, що насправді лежить глибоко всередині Землі, алмази є найкращим другом геолога.
Крихітний шматочок каменю, що потрапив у алмаз, тепер відкриває абсолютно нове вікно в те, як виглядає нижня мантія планети. Усередині алмазу знаходиться нещодавно ідентифікований силікатний мінерал, названий давемаоїтом , який міг утворитися лише в нижній мантії Землі, повідомляють дослідники 12 листопада в Science . Це перший випадок, коли вченим вдалося остаточно довести, що цей тип мінералу нижньої мантії, який раніше лише передбачали в результаті лабораторних експериментів, насправді існує в природі. Команда назвала мінерал на честь відомого геофізика-експериментатора високого тиску Хо-Кван (Дейв) Мао.
Алмаз із помітним мінеральним вкрапленням потрапив із шахти в Ботсвані та утворився на глибині понад 660 кілометрів, на верхній межі нижньої мантії Землі. Використовуючи аналітичні методи, включаючи рентгенівську дифракцію, рентгенівську флуоресцентну візуалізацію та інфрачервону спектроскопію, мінералог Олівер Шаунер з Університету Невади, Лас-Вегас, і його колеги визначили хімічний склад і структуру нового мінералу, прив’язавши його до типу кальцію. силікатний перовскіт.
Раніше вчені підрахували, що приблизно від 5 до 7 відсотків нижньої мантії має складатися з цього мінералу, каже Чаунер. Але диявольськи важко безпосередньо спостерігати такі глибинні мінерали Землі. Це тому, що мінерали, які є стабільними під час сильного тиску нижньої мантії — яка простягається аж на 2700 кілометрів під поверхнею Землі — починають перебудовувати свої кристалічні структури, як тільки тиск падає.
Навіть найпоширеніший мінерал планети, силікат магнію і заліза нижньої мантії, відомий як бриджманіт , в основному був теоретичним до 2014 року, коли було виявлено, що він потрапив у метеорит, який впав на Австралію з силою, яка спричинила нищівну, глибоку мантію. тиску в породі. На сьогоднішній день бриджманіт є єдиним силікатним мінералом під високим тиском, існування якого підтверджено в природі.
Діаманти діють як капсули часу, замикаючи оригінальні мінеральні форми під час їхньої подорожі до поверхні. Відкриття давемаоїту є не тільки підтвердженням його існування, але й розкриває розташування деяких джерел тепла глибоко всередині Землі. Незважаючи на те, що це мінерал силікат кальцію, давемаоїт також містить галерею різних елементів, які проникають у його кристалічну структуру. Це включає такі радіоактивні елементи, як уран, торій і калій, а також рідкоземельні елементи. Довгий час вважалося, що такі радіоактивні елементи виробляють близько третини тепла, що циркулює в нижній мантії (інші дві третини залишилися від початкового формування планети 4,55 мільярда років тому). Визначивши хімічний склад давемаоїту, дослідники тепер можуть визначити, де знаходяться ці елементи.
Це тому, що ботсванський алмаз також містив форму льоду під високим тиском , а також інший мінерал під високим тиском, відомий як вюстіт. Наявність цих включень допомогла звузити грубий тиск, при якому міг утворитися давемаоїт: десь між 24 мільярдами паскалів і 35 мільярдами паскалів, каже Чаунер. Важко точно сказати, якій глибині це відповідає, додає він. Але відкриття безпосередньо пов’язує тепло (радіоактивні матеріали), кругообіг води (лід) і вуглецевий цикл (представлений утворенням самого алмазу), і все це відбувається в глибокій мантії, каже Чаунер.
Інший інтригуючий аспект цього нового мінералу полягає в тому, що він напрочуд багатий калієм порівняно з лабораторними прогнозами, каже Санг-Хен Шім, геофізик з Університету штату Арізона в Темпі. Більшість експериментальних зусиль зі створення мінералу привели до «майже чистого перовскіту силікату кальцію», — каже Шім. Наразі вчені можуть лише припускати, що було джерелом додаткового калію, але цей несподіваний склад натякає на те, що нижня мантія може бути більш строкатою сумішшю, ніж вважалося, складність якої важко передбачити лише на основі лабораторних досліджень.