Глибоко під поверхнею нашої планети, далеко за межами нашого слабкого досягнення, відбуваються загадкові процеси, що мнуться й крутяться.
Час від часу Земля викидає підказки про їхню природу: маленькі хтонічні діаманти, що вкривають уламки рідкісних мінералів. Саме з цих крихітних фрагментів ми можемо отримати уявлення про внутрішні процеси планети.
Один з таких діамантів був знайдений у діамантовій копальні в Ботсвані. Він рясно насичений вадою, що містить сліди рінгвудиту, ферроперіклази, енстатиту та інших мінералів, які вказують на те, що діамант утворився на глибині 660 км (410 миль) під поверхнею Землі.
Більше того, це свідчить про те, що середовище, в якому він сформувався – межа між верхньою і нижньою мантією, відома як 660-кілометрова дисконтиною (або, простіше кажучи, перехідна зона) – багате водою.
“Присутність рінгвудиту разом з гідратованими фазами вказує на вологе середовище на цій межі,” пояснили група дослідників на чолі з мінералогом Тінтін Гу з Гемологічного інституту Нью-Йорка та Університету Пердью у дослідженні 2022 року.
Більша частина поверхні Землі покрита океанами. Однак, враховуючи тисячі кілометрів між поверхнею і ядром планети, це лише незначна калюжа. Навіть на найглибшій точці океан не сягає більше 11 км (7 миль) завтовшки від хвиль до дна.
Але земна кора є тріщинистою і розбитою, з окремими тектонічними плитами, які рухаються одна щодо одної, зміщуючись під краї одна одної. У цих зонах субдукції вода проникає глибше в планету, досягаючи навіть нижньої мантії.
З часом вона повертається на поверхню через вулканічну активність. Цей процес відомий як глибокий водний цикл, окремий від водного циклу на поверхні. Розуміння того, як це працює і скільки води знаходиться там, є важливим для розуміння геологічної активності нашої планети. Присутність води може, наприклад, впливати на вибухонебезпечність вулканічних вивержень і брати участь у сейсмічній активності.
Оскільки ми не можемо дістатися туди, ми змушені чекати на доказ води у вигляді діамантів, які утворюються в кристалічних клітках під екстремальним теплом і тиском.
Гу та її колеги досліджували один з таких діамантів детально, виявивши 12 мінеральних включень і молочний кластер включень. Використовуючи мікро-раманівську спектроскопію та рентгенівську дифракцію, дослідники дослідили ці включення, щоб визначити їх природу.
Серед включень вони знайшли збірку рінгвудиту (магнієвий силікат), який контактує з ферроперіклазою (оксид магнію/заліза) та енстатитом (інший магнієвий силікат з іншим складом).
При високих тисках в перехідній зоні рінгвудит розкладається на ферроперіклазу, а також інший мінерал – бріджманіт. При нижчих тисках ближче до поверхні бріджманіт перетворюється на енстатит. Їх присутність в діаманті розповідає історію подорожі, вказуючи на те, що камінь утворився на глибині, перш ніж піднятися до поверхні.
Але це ще не все. Рінгвудит, зокрема, мав особливості, що вказують на те, що він є гідратованим – мінералом, який утворюється за наявності води. Тим часом інші мінерали, знайдені в діамантові, такі як бруцит, також є гідратованими. Ці підказки свідчать про те, що середовище, в якому діамант сформувався, було досить вологим.
Докази води на перехідній зоні вже були знайдені раніше, але ці докази не були достатніми, щоб оцінити, скільки води там є. Чи це була випадкова інклюзія з маленької, локалізованої водної кишені, чи, можливо, там насправді є велика кількість води? Робота Гу та її команди більше вказує на значне накопичення води.
“Хоча утворення діамантів верхньої мантії часто асоціюється з наявністю рідин, супер-глибокі діаманти з подібними ретроградними мінеральними збірками рідко спостерігаються у супроводі гідратованих мінералів,” написали вони у своїй статті.
“Хоча раніше було припущено локальне збагачення H2O в перехідній зоні мантії на основі попереднього виявлення рінгвудиту, рінгвудит з гідратованими фазами, який ми знайшли, – є представником гідратованого перидотитового середовища на межі перехідної зони – вказує на більш широко зволожену перехідну зону, що простягається через 660-кілометрову дисконтиною.”
Попередні дослідження показали, що Земля поглинає набагато більше води, ніж ми раніше вважали. Це може дати нам відповідь, куди вона йде.
Дослідження було опубліковано в журналі Nature Geoscience.
