Сотрудники Института геохимии и аналитической химии имени Вернадского РАН провели углубленный анализ одного из ключевых минералов, формирующих нижнюю мантию Земли. Исследователи установили, что метасиликат кальция CaSiO3 на самом деле представлен двумя фракциями — минералами дейвмаоитом с кубической структурой кристаллов и брейитом с триклинными кристаллами. Образцами для исследования послужили минеральные включения в глубинных алмазах, добытых в алмазоносном районе Джуина в Бразилии. Результаты работы опубликованы в журнале Geochemistry International.
До сих пор нижняя мантия, залегающая на глубине более 660 километров, считалась геохимически гомогенной. Новые данные позволяют предположить, что дейвмаоит образовался в верхних слоях нижней мантии, а вот менее совершенный с точки зрения геометрии кристаллов брейит формировался выше — в переходной зоне между нижней и менее горячей, но тектонически активной верхней мантией.
Различие минералов проявилось не только в форме кристаллической структуры, но и в содержании редкоземельных металлов, а также железа и никеля, носителями которых служит минерал ферропериклаз, соседствующий с метасиликатами в одних и тех же алмазах. В них обнаружены две популяции ферропериклаза. В более ранней наблюдается низкое содержание железа и преобладание никеля. Она образовалась в верхней части нижней мантии. Более поздняя популяция, богатая железом и бедная никелем, сформировалась в переходном слое.
Ученые объясняют подобную неоднородность либо эссенциальной гетерогенностью мантийного вещества Земли и результатом мантийный конвекционных течений, либо, что наиболее вероятно, последствием погружения океанических плит и лежавших под ними обширных участков земной коры в недра планеты — вплоть до нижней мантии и даже до земного ядра.
«Исследование таких областей и слагающих их минералов позволит в дальнейшем определять неоднородности в мантии и их роль в образовании магматических провинций на поверхности Земли», отметил Феликс Каминский, главный научный сотрудник лаборатории геохимии углерода имени Галимова ГЕОХИ РАН доктор геолого-минералогических наук член-корреспондент РАН.
Ученые также отметили изменчивость изотопных характеристик глубинных минералов. Соотношения свинца и стронция, урана и свинца, самария и неодима в разных образцах и даже в одном зерне метасиликатов различаются на три-четыре порядка. Это свидетельствует о геохимической гетерогенности вещества нижней мантии и заставляет провести переоценку эволюции ее структур. Работа гигантской плавильной печи в недрах Земли явно шла по более замысловатому алгоритму, чем представляли ученые.
Ранее российские ученые доказали возможность существования в природе карбоната бериллия.
