|
Алмазы и ржавчина на границе ядра и мантии Земли
|
|
|
|
Сталь ржавеет под действием воды и воздуха на поверхности земли. А как же глубоко внутри Земли? Ядро Земли является крупнейшим хранилищем углерода на Земле — там погребено примерно 90% углерода. Ученые показали, что океаническая кора, расположенная поверх тектонических плит и опускающаяся внутрь в результате субдукции, содержит водные минералы и иногда может опускаться до границы ядра и мантии. Температура на границе ядра и мантии как минимум в два раза выше, чем в лаве, и достаточно высока, чтобы из водосодержащих минералов могла выделяться вода. Следовательно, химическая реакция, подобная ржавлению стали, может произойти на границе ядра и мантии Земли.
|
|
|
|
Бёнкван Ко, недавний доктор философии Университета штата Аризона. выпускник, и его сотрудники опубликовали свои выводы о границе ядра и мантии в Geophysical Research Letters. Они провели эксперименты на Усовершенствованном источнике фотонов в Аргоннской национальной лаборатории, где они сжали железо-углеродный сплав и воду вместе до давления и температуры, ожидаемых на границе ядра и мантии Земли, расплавив железо-углеродный сплав. Исследователи обнаружили, что вода и металл реагируют и образуют оксиды и гидроксиды железа, точно так же, как это происходит при ржавчине на поверхности Земли. Однако они обнаружили, что для условий границы ядро-мантия углерод выходит из жидкого железометаллического сплава и образует алмаз.
|
|
|
«Температура на границе между силикатной мантией и металлическим ядром на глубине 3000 км достигает примерно 7000 F, что является достаточно высоким для того, чтобы большинство минералов теряли H2O, захваченную в их структурах атомарного масштаба», — сказал Дэн Шим, профессор Школы АГУ. Исследование земли и космоса. «На самом деле температура достаточно высока, чтобы некоторые минералы плавились в таких условиях». Поскольку углерод является элементом, любящим железо, ожидается, что в ядре будет существовать значительное количество углерода, в то время как считается, что в мантии содержится относительно мало углерода. Однако ученые обнаружили, что в мантии содержится гораздо больше углерода, чем ожидалось.
|
|
|
|
«При давлениях, ожидаемых для границы между ядром и мантией Земли, сплав водорода с жидким металлическим железом, по-видимому, снижает растворимость других легких элементов в ядре», — сказал Шим. «Поэтому растворимость углерода, который, вероятно, существует в ядре Земли, локально уменьшается там, где водород поступает в ядро из мантии (путем дегидратации). Стабильная форма углерода в температурно-барических условиях границы ядро-мантия Земли — это алмаз. ... Таким образом, углерод, выходящий из жидкого внешнего ядра, станет алмазом, когда попадет в мантию».
|
|
|
|
«Углерод является важным элементом жизни и играет важную роль во многих геологических процессах», — сказал Ко. «Новое открытие механизма переноса углерода из ядра в мантию прольет свет на понимание углеродного цикла в недрах Земли. Это еще более интересно, учитывая, что образование алмазов на границе ядра и мантии могло быть происходит в течение миллиардов лет с момента начала субдукции на планете».
|
|
|
|
Новое исследование Ко показывает, что утечка углерода из ядра в мантию в процессе образования алмазов может дать достаточно углерода, чтобы объяснить повышенное количество углерода в мантии. Ко и его сотрудники также предсказали, что на границе ядра и мантии могут существовать структуры, богатые алмазами, и что сейсмические исследования могут обнаружить эти структуры, потому что сейсмические волны должны распространяться необычно быстро для этих структур.
|
|
|
|
«Причина, по которой сейсмические волны должны распространяться исключительно быстро через богатые алмазами структуры на границе ядра и мантии, заключается в том, что алмаз чрезвычайно несжимаем и менее плотен, чем другие материалы на границе ядра и мантии», — сказал Шим. Ко и его команда продолжат исследовать, как реакция может также изменить концентрацию других легких элементов в ядре, таких как кремний, сера и кислород, и как такие изменения могут повлиять на минералогию глубокой мантии.
|
|
|
|
Источник
|
