Блог

Aug 21, 2023

Как алмазы попадают на поверхность: ScienceAlert

«Бриллиант — это навсегда». Этот культовый слоган, придуманный для весьма успешной рекламной кампании 1940-х годов, продавал драгоценные камни как символ вечной приверженности и единства. Но наше новое исследование,

«Бриллиант — это навсегда». Этот культовый слоган, придуманный для весьма успешной рекламной кампании 1940-х годов, продавал драгоценные камни как символ вечной приверженности и единства.

Но наше новое исследование, проведенное исследователями из разных стран и опубликованное в журнале Nature, предполагает, что алмазы также могут быть признаком распада – то есть тектонических плит Земли. Это может даже дать подсказку о том, где лучше всего их искать.

Алмазы, будучи самыми твердыми природными камнями, требуют для своего формирования сильного давления и температуры. Эти условия достигаются только глубоко в недрах Земли. Так как же им добраться из глубин Земли на поверхность?

Алмазы переносятся в расплавленных породах или магмах, называемых кимберлитами. До сих пор мы не знали, какой процесс заставил кимберлиты внезапно прорваться сквозь земную кору, проведя миллионы или даже миллиарды лет, спрятавшись под континентами.

Большинство геологов согласны с тем, что взрывные извержения, вызывающие выбросы алмазов, происходят синхронно с циклом суперконтинента: повторяющейся моделью формирования и фрагментации суши, которая определила миллиарды лет истории Земли.

Однако точные механизмы, лежащие в основе этой связи, обсуждаются. Появились две основные теории.

Один из них предполагает, что кимберлитовая магма использует «раны», образующиеся при растяжении земной коры или при раскалывании плит твердой породы, покрывающих Землю, известных как тектонические плиты. Другая теория предполагает мантийные плюмы, колоссальные подъемы расплавленной породы от границы ядра и мантии, расположенные примерно на 2900 км под поверхностью Земли.

Кроме того, многие кимберлиты не обладают тем химическим «ароматом», который мы ожидаем обнаружить в породах, образовавшихся из мантийных плюмов.

Напротив, считается, что образование кимберлитов связано с чрезвычайно низкой степенью плавления мантийных пород, часто менее 1%. Значит, нужен другой механизм. Наше исследование предлагает возможное решение этой давней загадки.

Мы применили статистический анализ, включая машинное обучение – применение искусственного интеллекта (ИИ) – для судебно-медицинского исследования связи между распадом континентов и кимберлитовым вулканизмом. Результаты нашего глобального исследования показали, что извержения большинства кимберлитовых вулканов произошли через 20–30 миллионов лет после тектонического распада континентов Земли.

Более того, наше региональное исследование, посвященное трем континентам, где обнаружено наибольшее количество кимберлитов – Африке, Южной Америке и Северной Америке – подтвердило этот вывод. Это также добавило важную подсказку: извержения кимберлитов имеют тенденцию постепенно мигрировать от окраин континентов внутрь с течением времени со скоростью, одинаковой на всех континентах.

Возникает вопрос: какой геологический процесс может объяснить эти закономерности? Чтобы ответить на этот вопрос, мы использовали несколько компьютерных моделей, чтобы отразить сложное поведение континентов, когда они испытывают растяжение, а также конвективные движения внутри подстилающей мантии.

Мы предполагаем, что эффект домино может объяснить, как распад континентов в конечном итоге приводит к образованию кимберлитовой магмы. Во время рифтогенеза небольшая область континентального корня – участки мощных пород, расположенные под некоторыми континентами – разрушается и погружается в нижележащую мантию.

Здесь мы наблюдаем опускание более холодного материала и подъем горячей мантии, вызывая процесс, называемый краевой конвекцией. Наши модели показывают, что эта конвекция запускает цепочку подобных потоков, которые мигрируют под близлежащий континент.

Наши модели показывают, что, проходя вдоль основания континентальной плиты, эти разрушительные потоки удаляют значительное количество горных пород толщиной в десятки километров из основания континентальной плиты.

Затем различные другие результаты наших компьютерных моделей показывают, что этот процесс может объединить необходимые ингредиенты в нужных количествах, чтобы вызвать плавление ровно настолько, чтобы образовались богатые газом кимберлиты. Однажды сформировавшись, магма, обладая большой плавучестью, обеспечиваемой углекислым газом и водой, может быстро подняться на поверхность, неся свой драгоценный груз.