Як скромний шматок скелі розгадав давню таємницю алмазів

Двоє дослідників з Технологічного університету Квінсленда (QUT) використали простий портативний комп’ютер і шматок породи, отриманий із «купи відходів» алмазної шахти, щоб розгадати давню геологічну таємницю, що оточує утворення алмазів у глибоких коренях стародавні континенти Землі. Провідний автор, QUT Ph.D. Студент Карл Уолш разом із професором QUT Бальцом Камбером і Еммою Томлінсон з Трініті-коледжу, Ірландія, нещодавно опублікували свої висновки в престижному журналі Nature.

Пан Уолш сказав, що дослідження для його магістерських досліджень включало комп’ютерне моделювання на камені з африканського континенту, витягнутому з дна літосфери, зовнішньої частини Землі приблизно від 30 до 250 км від поверхні. Містер Волш сказав, що домінуюча частина континенту — це та частина, яку ви ніколи не бачите.

«Якщо ви подумаєте про айсберг — видиму частину — якби айсберг просто плавав на поверхні океану, він би перекинувся, як човен. Це як кіль айсберга», – сказав пан Уолш.

«По суті, ми мали відомий вихідний склад гірської породи, який є репрезентативним для земної мантії на ранніх етапах історії Землі до того, як утворилися всі континенти», — сказав пан Волш. «Ми взяли вихідний склад і змоделювали, що станеться з ним, якщо його поступово розплавити, і що залишиться. І саме цей матеріал утворює основну частину коренів стародавніх континентів, які існують і сьогодні».

Професор Камбер із факультету природничих наук Школи наук про Землю та атмосферу QUT сказав, що метою цього дослідження було використання комп’ютерної моделі, щоб побачити, як могли сформуватися ці глибокі корені.

«Модель по суті передбачає, які мінерали та розплави будуть присутні, коли ви змінюєте температуру мантії. Отже, це інструмент для прогнозування, який можна порівняти зі складом справжніх мінералів і гірських порід», – сказав професор Камбер.

Шматок породи, який використовувався для вдосконаленого комп’ютерного моделювання, був видобутий десь між 1871 і 1914 роками та потрапив у «купу відходів» легендарного алмазного рудника Кімберлі, найбільш відомого як «Велика діра» — поєднання відкритого та підземного рудника. – у Кімберлі, Північний Кейп у Південній Африці.

Шматок породи, який вони змоделювали, гранатовий гарцбургіт, був піднятий на поверхню в кімберлітовій трубці. Камінь був отриманий професором Камбером, який спеціалізується на петрології, розділі геології, який вивчає гірські породи та умови, за яких вони утворюються.

Він обережно відбив скелю до розміру, який міг успішно доставити додому.

«Він містить купу мінералів, які були захоплені на шляху вгору, коли вони прорізали основу всього континенту під час надзвукового виверження вулкана, подібного якому ми ніколи не бачили», — сказав професор Камбер. «Мінерали в цьому зразку породи настільки сильно пошкоджені, що вони кричать і сьогодні, вони були повністю розбиті».

«Це так захоплююче бачити, що це збереглося, воно надзвичайно давнє – 3,3 мільярда років. Ймовірно, це найстаріший камінь, який більшість людей коли-небудь тримала в руках», — сказав професор Камбер.

Пан Волш сказав, що дослідження вирішило проблему алмазів і температур, за яких вони утворювалися, враховуючи, що алмаз перетворюється на графіт, якщо його нагріти занадто сильно.

«Але коли ми дивимося на камені, що містять алмази, вони, мабуть, були нагріті до величезних температур», — сказав пан Волш. «Тож чому саме ті породи, які зазнали найвищих температур, у результаті виявили алмази?»

Їхні дослідження кидають виклик існуючому поясненню двоетапного неглибокого «плавлення та укладання».

«Раніше вважалося, що більшість стародавніх глибинних коренів континентів містили алмази, і що ці алмази з часом були знищені, оскільки основа континенту постійно вторгається та розмивається розплавами та флюїдами, багатими на леткі речовини», — сказав пан Волш. «Наша робота показує, що насправді це може бути не так, що діаманти сьогодні рідкісні – і насправді вони були рідкісними завжди. І це тому, що ми вперше можемо дізнатися, чого не вистачає з колиски алмазу, і ми можемо вирушити на пошуки цього на поверхні».

Професор Камбер сказав, що на сучасній землі розподіл тепла і температури в мантії нерівномірний.

«У нас є області з відносно однорідною температурою мантії та області, де мантія набагато гарячіша. Вони відомі як мантійні плюми. І ми маємо вираження цього на Гаваях та в Ісландії», – сказав професор Камбер. «Те, що ми вивчаємо, — це вплив стародавніх шлейфів — коли набагато гарячіші шлейфи, ніж ми маємо зараз, вдарилися б під основу зростаючого континенту».

Після проведення дослідження пан Уолш побував у Канберрі, щоб відтворити подібні камені в лабораторії Дослідницької школи наук про Землю при Австралійському національному університеті.