• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
31.08.2022
Иван Лавренов
27 247

Ржавеющее земное ядро может выделять алмазы на границе с мантией

4.5

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.

Строение земных недр. Синим показаны фрагменты океанической коры, погружающиеся к границе ядра (большая их часть не достигает нижней мантии). Желтым показан приграничный слой нижней мантии D''.
Строение земных недр. Синим показаны фрагменты океанической коры, погружающиеся к границе ядра (большая их часть не достигает нижней мантии). Желтым показан приграничный слой нижней мантии D”. / © https://www.researchgate.net/figure/Cross-section-of-the-Earth-showing-the-core-mantle-and-crust-Diamonds-are-generated_fig1_319010186

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.

Изображение крупинки цементита в водной среде внутри ячейки с алмазными наковальнями. Стрелками указаны «проржавевшие» участки, в которых рентгеновская дифракция показала наличие микроскопических алмазов.
Изображение крупинки цементита в водной среде внутри ячейки с алмазными наковальнями. Стрелками указаны «проржавевшие» участки, в которых рентгеновская дифракция показала наличие микроскопических алмазов. / © Arizona State University.

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.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Позавчера, 15:03
Дарья Боголюбова

Огромное число экзопланет, формально лежащих в зоне обитаемости, на деле могут быть малопригодными для жизни, полагают авторы новой научной работы. Причем виноват в этом весьма неожиданный фактор переменного тока.

23 февраля
Полина

Многие родители стремятся отдать детей в двуязычную школу, чтобы те развивались лучше и быстрее. Однако такое образование способно даже навредить ребенку, показало исследование.

Позавчера, 08:56
Михаил Орлов

Змеи — широко распространенные и разнообразные рептилии, которые очень близки ящерицам и в ходе эволюции произошли именно от них. Среди более четырех тысяч видов змей есть жители почти всех континентов и крупных островов, освоившие самые разнообразные экологические ниши и способные питаться почти кем угодно. Авторы новой статьи в Science проанализировали геномы более тысячи видов чешуйчатых (змей и ящериц), данные об их рационе и объяснили, как возникло уникальное разнообразие змей.

Позавчера, 15:03
Дарья Боголюбова

Огромное число экзопланет, формально лежащих в зоне обитаемости, на деле могут быть малопригодными для жизни, полагают авторы новой научной работы. Причем виноват в этом весьма неожиданный фактор переменного тока.

23 февраля
Полина

Многие родители стремятся отдать детей в двуязычную школу, чтобы те развивались лучше и быстрее. Однако такое образование способно даже навредить ребенку, показало исследование.

Позавчера, 08:56
Михаил Орлов

Змеи — широко распространенные и разнообразные рептилии, которые очень близки ящерицам и в ходе эволюции произошли именно от них. Среди более четырех тысяч видов змей есть жители почти всех континентов и крупных островов, освоившие самые разнообразные экологические ниши и способные питаться почти кем угодно. Авторы новой статьи в Science проанализировали геномы более тысячи видов чешуйчатых (змей и ящериц), данные об их рационе и объяснили, как возникло уникальное разнообразие змей.

20 февраля
Полина

В Российской академии наук завершили первый Большой словарь ударений, его издадут к концу года. Лингвисты собрали наиболее современные нормы произношения привычных слов и зафиксировали ударение для лексики, которая появилась в русском языке недавно.

1 февраля
Андрей

Канадские исследователи изучили состав пород, вышедших на поверхность при появлении первых континентов. По итогам анализа выяснилось, что новая земная кора возникла не в результате движения тектонических плит, а из-за процессов в океанических плато молодой Земли.

15 февраля
Дарья Губина

Титан — самый органически богатый спутник с глобальным океаном в Солнечной системе. И все же, сопоставив строение его поверхности с интенсивностью падения метеоритов, ученые пришли к выводу, что в океане спутника Сатурна вряд ли хватает элементов для жизни.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: