Новая работа, опубликованная в Science Advances, подтверждает, что серпентинит – порода, которая образуется из перидотита, основного типа горной породы в мантии Земли, когда вода проникает в трещины на дне океана, – может переносить поверхностные воды на глубину до 700 километров в результате тектонических процессов.
«Почти все тектонические плиты, составляющие морское дно, в конечном итоге изгибаются и скользят вниз в мантию – процесс, называемый субдукцией, который имеет потенциал для рециркуляции поверхностных материалов, таких как вода, в Землю», – объяснил Пэн Ни из Карнеги. – руководил исследованиями с Эваном Смитом из Геммологического института Америки.
Серпентинит, находящийся внутри субдуцирующих плит, может быть одним из наиболее важных, но малоизвестных геохимических путей, по которым поверхностные материалы захватываются и переносятся в глубины Земли.
Ранее предполагалось присутствие глубоко погруженных серпентинитов – из-за исследований Карнеги и GIA о происхождении голубых алмазов и химического состава извергнутого мантийного материала, который составляет срединно-океанические хребты, подводные горы и океанические острова. Но доказательства, демонстрирующие этот путь, до сих пор не были полностью подтверждены.
Исследовательская группа, в которую также входили Стивен Шири и Анат Шахар из Карнеги, а также Вуйи Ван из GIA и Стивен Ричардсон из Кейптаунского университета, нашла вещественные доказательства, подтверждающие это подозрение, изучив тип крупных алмазов, которые происходят из глубин. внутри планеты.
«Некоторые из самых известных в мире бриллиантов попадают в эту особую категорию относительно крупных и чистых драгоценных камней, таких как всемирно известный бриллиант Куллинан», – сказал Смит. "Они образуются на глубине от 360 до 750 километров, по крайней мере, на такой же глубине, как переходная зона между верхней и нижней мантией."
Иногда они содержат включения крошечных минералов, захваченных во время кристаллизации алмаза, которые дают представление о том, что происходит на этих экстремальных глубинах.
«Изучение небольших образцов минералов, образовавшихся во время глубокой кристаллизации алмаза, может многое рассказать нам о составе и динамике мантии, потому что алмаз защищает минералы от дополнительных изменений на их пути к поверхности», – пояснил Ширей.
В этом случае исследователи смогли проанализировать изотопный состав железа в металлических включениях.
Подобно другим элементам, железо может иметь разное количество нейтронов в ядре, что дает начало атомам железа немного другой массы или другим «изотопам» железа. Измерение соотношения «тяжелых» и «легких» изотопов железа дает ученым своего рода отпечаток железа.
Алмазные включения, изученные командой, имели более высокое соотношение тяжелых и легких изотопов железа, чем обычно обнаруживается в большинстве минералов мантии.
Это указывает на то, что они, вероятно, возникли не из глубинных геохимических процессов. Вместо этого он указывает на магнетит и другие богатые железом минералы, образовавшиеся, когда перидотит океанической плиты превратился в серпентинит на морском дне.
Эта гидратированная порода в конечном итоге была погружена на сотни километров в переходную зону мантии, где кристаллизовались именно эти алмазы.
«Наши результаты подтверждают давно предполагаемый путь глубинной переработки Земли, что позволяет нам проследить, как минералы с поверхности втягиваются в мантию и создают изменчивость в ее составе», – заключил Шахар.