Первое физическое свидетельство колоссального круговорота вещества удалось получить учёным из США, Бразилии и Великобритании. Они проследили путь разных элементов, в том числе углерода, от океанской коры в нижнюю мантию и обратно на поверхность планеты.

Приятный сюрприз преподнесли шесть алмазов из месторождения Juina-5 в Бразилии. В них обнаружились включения минералов, содержащие базальтовые материалы, которые можно было бы ожидать от океанической коры, спустившейся в результате субдукции в мантию и «переваренной» там.

Словно мухи в янтаре, эти зёрна внутри алмазов поведали об огромном круговороте вещества. Учёные объясняют, что найденные кристаллы содержат все фазы, которые должны присутствовать в ходе переработки базальтов в нижней мантии, то есть на глубине более 700 километров, и последующего подъёма материала с частичной перекристаллизацией включённых зёрен.

Именно в нижней мантии, в условиях высокой температуры и колоссального давления, были рождены эти алмазы, в процессе роста захватившие в плен другие кристаллики.

Далее алмазы отправились в путешествие по плюму — восходящему мантийному потоку, а потом были подхвачены столбом вулканической породы кимберлит, который и вынес эти камни наверх где-то в меловой эре, рассказывает InsideScience.org.

Схема обращения углерода и других веществ в нижней мантии. Авторы работы замечают, что в отношении углерода на руках исследователей раньше были лишь прямые свидетельства его круговорота в атмосфере, на поверхности Земли и в океане, но не на таких больших глубинах (иллюстрация Science/AAAS).

Один из авторов работы, Стивен Шири (Steven B. Shirey) из института Карнеги (Carnegie Institution for Science), напоминает, что многие алмазы имеют возраст в миллиард лет и больше, однако эти шесть кристаллов были сформированы всего 100-300 миллионов лет назад, но зато на очень большой глубине (при том что большая часть алмазов происходит с глубин порядка всего-то 200 км).

Важно, что углерод, из которого составлены эти алмазы, в далёкие эпохи спустился в глубинную «печь» с земной поверхности (смотрите рисунок вверху). Об этом говорит пропорция изотопов углерода, соответствующая происхождению их от органических компонентов, обычно присутствующих в изменённой океанической коре, — поясняют геологи в пресс-релизе института Карнеги.

Так учёные впервые получили прямое доказательство того, что затонувшие литосферные плиты добираются до самой нижней мантии, прежде чем окажутся окончательно переработаны и с плюмами вернутся наверх в виде вулканических пород. Ранее исследователи находили геохимические свидетельства возвращения части вещества бывшей коры из верхней мантии, а о спуске тектонических плит в нижнюю мантию могли судить только косвенно — по сейсмологическим данным.

(Детали нового исследования раскрывает статья в Science.)

Мембрана