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 Анализ более 150 тысяч древних звезд Млечного Пути показал, что возраст космоса, судя по всему, близок к 13,8 миллиарда лет. Авторы нового исследования заключили, что сценарии, в которых Вселенную приходится делать заметно «моложе» ради решения хаббловского кризиса, плохо согласуются с наблюдениями. Это важно, поскольку возраст старейших светил — один из немногих независимых способов проверить космологические модели не по данным ранней Вселенной, а по объектам нашей собственной Галактики.
Мы много знаем о том, как цивилизации до нас строили дома и дороги, но с объектами материальной культуры дела обстоят сложнее. Ремесленные техники часто хранились в строгом секрете и могли быть случайно утрачены при неудачном стечении обстоятельств. Так случилось с ювелирной техникой цзинь чжэ сы.
Японские исследователи выловили у берегов Окинавы пластиковую бутылку с узким горлышком, внутри которой сидел большой живой краб. В итоге ученые смогли найти ответы на несколько возникших в связи с этой находкой вопросов: как краб попал в бутылку, сколько там находился и как ему удалось выжить?
Ученые Южного федерального университета исследовали новую светочувствительную молекулу и обнаружили, что она ведет себя совсем не так, как ожидалось. Благодаря необычным свойствам она может стать основой для создания умных материалов, сенсоров и лекарств, которые будут активироваться светом именно там, где нужно, например, для борьбы с опасными бактериями.
Авторы нового исследования провели сравнительный анализ видов паукообразных и выяснили, какие эволюционные и биомеханические факторы делают одних пауков быстрыми, а других — медленными. Параллельно ученые выделили из этой группы рекордсмена по скорости перемещения.
Сотрудники факультета экономических наук НИУ ВШЭ показали, что точность прогноза рождаемости в России можно улучшить почти в полтора раза, если добавить в модель динамику поисковых запросов по темам, связанным с беременностью и родами. В наиболее эффективных моделях ошибка прогноза снижается с 4,6 до 3,2%.
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.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
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