Ученые обнаружили уникальную особенность мантии Земли

10.09.2022
114
0
0.0
Экстремальные химические реакции могут объяснить, почему в среднем слое Земли так много углерода.

Новый лабораторный эксперимент показал, что при экстремальных температурах и давлениях комбинация железа, углерода и воды — всех потенциальных ингредиентов, обнаруженных на границе ядра и мантии, — может образовывать алмаз. Если этот процесс также происходит глубоко внутри Земли, это может объяснить некоторые странные особенности мантии, в том числе почему в ней больше углерода, чем ожидают ученые.

Исследователи сообщили о своих выводах в журнале Geophysical Research Letters.

Выводы также могут помочь объяснить странные структуры глубоко на границе ядра и мантии, где волны от землетрясений резко замедляются. Эти регионы, известные как «зоны сверхнизких скоростей», связаны со странными структурами мантии, в том числе с двумя гигантскими пятнами под Африкой и Тихим океаном. Они могут быть всего в нескольких милях в поперечнике или во многих сотнях. Никто точно не знает, что они из себя представляют. Некоторые ученые считают, что они датируются возрастом 4,5 млрд лет и состоят из материалов очень древней Земли. Но новое исследование предполагает, что некоторые из этих зон могут быть обязаны своим существованием тектонике плит  которая, вероятно, началась намного позже образования Земли, возможно, 3 млрд лет назад.

«Мы добавляем новую идею о том, что это не совсем старые структуры. Там, где ядро ​​встречается с мантией, жидкое железо трется о твердую породу. Это такой же драматичный переход, как и контакт между скалами и воздухом на поверхности Земли. При таком переходе, особенно при высоких давлениях и температурах, может происходить странная химия», — сказал ведущий автор исследования Санг-Хеон Шим, геолог из Университета штата Аризона.

Более того, исследования, которые используют отражения волн землетрясений для изображения мантии, показали, что материалы из коры могут проникать к границе ядра и мантии примерно на 3 000 км ниже поверхности Земли. В зонах субдукции тектонические плиты подталкивают друг друга, загоняя океаническую кору в недра. В горных породах этой океанической коры вода заключена в минералах.

В результате, сказал Шим, возможно, что вода существует на границе ядра и мантии и может запускать там химические реакции. (Одна из теорий о паре мантийных пятен под Африкой и Тихим океаном состоит в том, что они состоят из деформированной океанической коры, которая была вдавлена ​​глубоко в мантию, потенциально неся с собой воду.) Алмазы образуются в условиях высокой температуры и высокого давления, подобных тем, которые присутствуют на границе ядра и мантии.

По словам Шима, под давлением и температурой на границе ядра и мантии вода ведет себя совершенно иначе, чем на поверхности Земли. Молекулы водорода отделяются от молекул кислорода. Из-за высокого давления водород притягивается к железу, металлу, составляющему большую часть ядра. Таким образом, кислород из воды остается в мантии, а водород сливается с ядром. Когда это происходит, водород, кажется, отталкивает другие легкие элементы в ядре, включая, что особенно важно, углерод. Этот углерод выталкивается из ядра в мантию. При высоких давлениях на границе ядра и мантии наиболее стабильной формой углерода является алмаз.

«Вот как образуются алмазы», — сказал Шим и добавил, что алмазы из ядра мантии, вероятно, обладают плавучестью и могут перемещаться по коре, распределяя свой углерод по пути. В мантии содержится в три-пять раз больше углерода, чем ожидали исследователи, исходя из доли элементов в звездах и других планетах.

Он и его команда подсчитали, что если даже от 10% до 20% воды в океанической коре доберется до границы ядра и мантии, это может привести к образованию достаточного количества алмазов, чтобы объяснить уровни углерода в коре. Если это так, то многие низкоскоростные зоны в мантии могут быть областями водного таяния, вызванного взбалтыванием океанических плит в глубине планеты.
Аватар enr091 Наталия Ришко
Журналист/Midgardinfo



Комментарии (0)
avatar