Алмазный "завод" спрятан глубоко в недрах Земли: как алмазы поднимаются на поверхность

Кимберлиты – вулканические трубки в форме моркови, извергающиеся с глубин более 150 км. Эти структуры давно завораживают геологов, открывая "окна" в глубины Земли. Более 70% алмазов в мире, как известно, добывается в уникальных вулканических образованиях. Однако, несмотря на десятилетия исследований, ученые все еще пытаются понять, как именно кимберлиты извергаются из недр Земли на поверхность, пишет PHYS.org.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

Расплав, образовавшийся в недрах планеты, быстро поднимается через мантию и земную кору. Согласно некоторым оценкам, скорость подъема достигает 130 км/ч, прежде чем кимберлиты бурно извергаются на поверхность. По пути магма захватывает ксенолиты и ксенокристаллы — фрагменты горных пород, встречающиеся на ее пути.

По словам соавтора исследования, научного сотрудника Центра планетарной обитаемости Университета Осло Аны Анзулович, эти породы интересны и до си пор остаются загадкой. В новом исследовании Анзулович с коллегами из Университета Осло сделали шаг к разгадке этой тайны.

Ученые смоделировали влияние летучих соединений, таких как углекислый газ и вода, на плавучесть протокимберлитового расплава относительно окружающих пород. Им впервые удалось количественно оценить, что именно необходимо для извержения кимберлита.

Алмазы попадают на поверхность из кимберлитов, потому что их быстрый подъем предотвращает их превращение в графит, который более стабилен при низких давлениях и температурах. Однако состав исходного расплава кимберлита и то, как он поднимается так быстро, остаются загадкой.

Теперь ученые считают, что изначально кимберлиты представляют собой нечто, что невозможно измерить напрямую. Поэтому ученые не знают, как выглядел бы протокимберлитовый, или материнский, расплав. Впрочем, некоторые данные у ученых есть, но они основаны на данных о сильно измененных породах, которые внедрялись в расплав.

Чтобы определить состав материнских расплавов, ученые сосредоточились на кимберлите Иерихон, извергнувшемся в кратон Слейв на крайнем северо-западе Канады. Используя химическое моделирование, они протестировали различные исходные смеси углекислого газа и воды.

По словам Анзулович, идея заключалась в том, чтобы создать химическую модель кимберлита, а затем варьировать концентрации CO₂ и H₂O. Команда использовала программное обеспечение для молекулярной динамики для моделирования атомных сил и отслеживания движения атомов в кимберлитовом расплаве на разных глубинах. С помощью этих расчетов они определили плотность расплава при различных условиях и то, сохранял ли он достаточную плавучесть для подъема.

Самым важным выводом стало то, что ученым удалось ограничить количество CO2, необходимое для успешного подъема кимберлита Иерихона через кратон Слейв. Состав команды, наиболее богатый летучими, может выносить на поверхность до 44% мантийного перидотита, например, что действительно впечатляет для расплава с такой низкой вязкостью.

Результаты также показали, что летучие компоненты играют различную роль. Вода увеличивает коэффициент диффузии, поддерживая расплав текучим и подвижным. Углекислый газ помогает структурировать расплав при высоких давлениях, но вблизи поверхности он дегазирует и направляет извержение вверх. Впервые исследователи продемонстрировали, что для извержения кимберлита Иерихона требуется не менее 8,2% CO2. Без него алмазы оставались бы запертыми в мантии.