Алмазний "завод" захований глибоко в надрах Землі: як алмази піднімаються на поверхню

Кімберліти — вулканічні трубки у формі моркви, що вивергаються з глибин понад 150 км. Ці структури давно заворожують геологів, відкриваючи "вікна" в глибини Землі. Понад 70% алмазів у світі, як відомо, видобувається в унікальних вулканічних утвореннях. Однак, попри десятиліття досліджень, вчені все ще намагаються зрозуміти, як саме кімберліти вивергаються з надр Землі на поверхню, пише PHYS.org.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Розплав, що утворився в надрах планети, швидко піднімається через мантію і земну кору. Згідно з деякими оцінками, швидкість підйому досягає 130 км/год, перш ніж кімберліти бурхливо вивергаються на поверхню. Дорогою магма захоплює ксеноліти й ксенокристали — фрагменти гірських порід, що зустрічаються на її шляху.

За словами співавторки дослідження, наукової співробітниці Центру планетарної населеності Університету Осло Анни Анзулович, ці породи є цікавими й досі залишаються загадкою. У новому дослідженні Анзулович з колегами з Університету Осло зробили крок до розгадки цієї таємниці.

Учені змоделювали вплив летких сполук, таких як вуглекислий газ і вода, на плавучість протокімберлітового розплаву щодо навколишніх порід. Їм уперше вдалося кількісно оцінити, що саме необхідно для виверження кімберліту.

Алмази потрапляють на поверхню з кімберлітів, тому що їхній швидкий підйом запобігає їхньому перетворенню на графіт, який є більш стабільним за низьких тисків і температур. Однак склад вихідного розплаву кімберліту і те, як він піднімається так швидко, залишаються загадкою.

Тепер учені вважають, що спочатку кімберліти являють собою щось, що неможливо виміряти безпосередньо. Тому вчені не знають, який вигляд мав би протокімберлітовий, або материнський, розплав. Утім, деякі дані у вчених є, але вони засновані на даних про сильно змінені породи, які впроваджувалися в розплав.

Щоб визначити склад материнських розплавів, вчені зосередилися на кімберліті Єрихон, що вивергнувся в кратон Слейв на крайньому північному заході Канади. Використовуючи хімічне моделювання, вони протестували різні вихідні суміші вуглекислого газу і води.

За словами Анзулович, ідея полягала в тому, щоб створити хімічну модель кімберліту, а потім варіювати концентрації CO₂ і H₂O. Команда використовувала програмне забезпечення для молекулярної динаміки для моделювання атомних сил і відстеження руху атомів у кімберлітовому розплаві на різних глибинах. За допомогою цих розрахунків вони визначили щільність розплаву за різних умов і те, чи зберігав він достатню плавучість для підйому.

Найважливішим висновком стало те, що вченим вдалося обмежити кількість CO2, необхідну для успішного підйому кімберліту Ієрихона через кратон Слейв. Склад команди, найбагатший летючими, може виносити на поверхню до 44% мантійного перидотиту, наприклад, що дійсно вражає для розплаву з такою низькою в'язкістю.

Результати також показали, що леткі компоненти відіграють різну роль. Вода збільшує коефіцієнт дифузії, підтримуючи розплав текучим і рухливим. Вуглекислий газ допомагає структурувати розплав при високих тисках, але поблизу поверхні він дегазує і направляє виверження вгору. Уперше дослідники продемонстрували, що для виверження кімберліту Єрихона потрібно не менше 8,2% CO2. Без нього алмази залишалися б замкненими в мантії.

Нагадаємо, раніше ми писали про те, що фізики створили алмази всього за 150 хвилин.

Раніше Фокус писав про те, що вчені змусили алмази кружляти у вакуумі з величезною швидкістю.