Ржавеющее земное ядро может выделять алмазы на границе с мантией
Железо-никелевый сплав земного ядра содержит большое количество растворенного углерода. Ученые выявили процесс, который может приводить к выделению этого углерода в мантию и образованию из него алмазов.
Самый большой резервуар углерода на Земле — вовсе не биосфера, а земное ядро. Оно состоит из железо-никелевого расплава, в котором растворены легкие элементы, склонные переходить из скальной породы в состав железа. В первую очередь это сера, кремний и углерод, а так же кислород и водород. По оценкам, в ядре содержится около девяти десятых всего углерода Земли.
Считалось, что углерод присутствовал в земном ядре с самого момента его образования и надежно запечатан в нем. Плотность металлического расплава ядра вдвое выше, чем у минералов нижней мантии Земли, и смешивания не происходит — как между водой и застывшим поверх нее воском.
Ученые из Аризонского государственного университета в США (Arizona State University) во главе с Бьеонгкваном Ко (Byeongkwan Ko) поставили эксперимент, в котором воспроизвели взаимодействие материалов на границе нижней мантии и ядра. Они обнаружили процесс, который может «извлекать» углерод из ядра и перемещать его в мантию.
Исследователи исходили из предположения, что в нижней мантии Земли может присутствовать свободная вода (в виде сверхкритического флюида). В процессе субдукции океаническая земная кора, насыщенная водой, погружается в мантию, и ее фрагменты могут достигать границы ядра. При температуре нижней мантии, достигающей почти четырех тысяч градусов Цельсия, даже самые устойчивые гидратированные минералы теряют способность удерживать воду в своем составе. Она диффундирует сквозь горные породы, «просачивается» к границе ядра и вступает в контакт с железом.
Исследователи имитировали эту «встречу», помещая воду и карбид железа Fe3C (металлурги знают его как цементит, входящий в состав чугуна) в алмазную наковальню и подвергая ее содержимое давлению и температуре, соответствующим границе земного ядра. Получившиеся продукты реакции они анализировали с помощью рентгеновской дифракции на синхротронном источнике в Аргоннской национальной лаборатории, определяя кристаллические структуры и идентифицируя химические соединения по структурам, как по отпечаткам пальцев.
Оказалось, что железо вступает в реакцию с водой, но «ржавление» земного ядра отличается от коррозии металлоконструкций на земной поверхности. Химия высоких давлений и температур может быть очень непохожа на привычную нам.
На поверхности ржавчина состоит из окислов и гидроксидов железа в высокой степени окисления (+3). В ядре кислород и водород воды полностью входят в состав железа, превращая его в оксид FeO с более низкой степенью окисления (+2), и гидриды FeHx. При нормальных условиях оксиды и гидриды обычно несовместимы друг с другом: они реагируют в противоположном направлении, образуя исходный металл и воду.
В продуктах этой реакции углерод растворяется гораздо меньше, чем в самом железе, и он вытесняется наружу. При обычном ржавлении углерод в стали окисляется и переходит в карбонаты, но на границе ядра, в отсутствие кислорода, он выделяется в свободном виде. Огромное давление и температура превращают его в алмаз.
Авторы исследования предполагают, что выявленный ими механизм экстракции углерода из ядра в мантию может вносить заметный вклад в круговорот углерода в недрах Земли и объяснить повышенное его содержание в мантии. Кроме того, они надеются, что скопление алмазов на границе земного ядра можно будет обнаружить на сейсмических данных. Скорость звука в алмазе, при атмосферном давлении равная 12 километрам в секунду, более чем вдвое превышает скорость звука в горных породах, и обогащенные алмазом породы могут быть заметны на сейсмограммах как области аномально высокой скорости сейсмических волн.
На границе ядра, впрочем, разница в скоростях звука может оказаться меньше, поскольку скорость звука растет при сжатии материала, а горные породы сжимаются лучше, чем алмаз. Скорость продольных волн в обычных породах нижней мантии достигает 14 километров в секунду. Кроме того, геологи пока обнаруживали лишь области пониженной скорости сейсмических волн на границе ядра, а большинство найденных алмазов — родом из верхней и средней мантии.
Telegram 
Дзен 
VK Результаты нового исследования показали, что у некоторых пациентов с язвенным колитом или болезнью Крона в крови присутствуют антитела к белку, регулирующему воспаление. В то же время, эти люди являются носителями варианта гена, связанного с тяжелой формой заболевания. Это открытие дает надежду на появление эффективных методов лечения для этой группы пациентов.
Сам факт того, что после распада Западной Римской империи возникали новые государства, историкам известен давно. Нет сомнений в существовании королевств готов, франков, лангобардов и других постримских политических образований. Авторы нового исследования сосредоточились на более сложном вопросе. Они попытались выяснить, как именно происходило формирование таких обществ на уровне отдельных людей, семей и общин. Впервые благодаря сочетанию генетических и археологических данных исследователи смогли реконструировать развитие одного постримского политического общества, которое располагалось на территории Паннонии.
Физикам долго не удавалось применить фазовый контраст в электронной микроскопии. Оказалось, что нужно было прекратить искать подходящее вещество для фазовой пластины и обратить внимание на лазеры.
Сам факт того, что после распада Западной Римской империи возникали новые государства, историкам известен давно. Нет сомнений в существовании королевств готов, франков, лангобардов и других постримских политических образований. Авторы нового исследования сосредоточились на более сложном вопросе. Они попытались выяснить, как именно происходило формирование таких обществ на уровне отдельных людей, семей и общин. Впервые благодаря сочетанию генетических и археологических данных исследователи смогли реконструировать развитие одного постримского политического общества, которое располагалось на территории Паннонии.
Физикам долго не удавалось применить фазовый контраст в электронной микроскопии. Оказалось, что нужно было прекратить искать подходящее вещество для фазовой пластины и обратить внимание на лазеры.
Ученые с высокой точностью измерили ключевые параметры нейтринных осцилляций — угол смешивания θ₁₂ и разность квадратов масс нейтрино. Результаты верифицировали несколькими методами.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
В высокогорных районах Гималаев появился новый хищник. Он не боится людей, возглавляет стаи собак и все чаще заходит в деревни. Местные жители называют его «кхипшанг». Речь идет о гибриде гималайского волка и бродячей собаки. Ученые опасаются, что этот зверь изменит хрупкий баланс местной дикой природы и в скором времени станет весьма опасным для человека.
В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно
Последние комментарии