Ученым уже давно известно, что продвижение алмаза из глубин Земли к ее поверхности должно происходить поистине быстро: лабораторные испытания показывают, что в условиях, существующих в земной коре, эти драгоценные камни сгорели бы в течение нескольких дней, если не часов, пишет портал news.sciencemag.org, ссылаясь на журнал Nature. Новые эксперименты раскрывают химический секрет такого быстрого подъема. Выброс алмазов к поверхности Земли может осуществляться под воздействием огромного количества углекислого газа, вырывающегося из расплавленной породы, которая окружает драгоценные камни.
Многие алмазы заключены в плотную вулканическую породу, называемую кимберлитом, которая получил свое название от города Кимберли в Южной Африке, где были обнаружены несколько первых в мире алмазных месторождений. Трудно объяснить, как относительно тяжелая, богатая кристаллами магма становится настолько плавучей, чтобы достаточно быстро подняться вверх, проходя через земную кору, в связи с чем исследователи давно подозревали, что в кимберлитовых выбросах важную роль играют летучие вещества, растворенные в породе, такие как вода и углекислый газ, говорит Келли Рассел, вулканолог из Университета Британской Колумбии (University of British Columbia) в Ванкувере, Канада. Тем не менее, ученые были озадачены тем, как и почему эти вещества начинают пениться и выходить из материала в мантии. Давления там, как правило, настолько высоки, что они могут удерживать газ запертым в расплавленной породе точно так же, как давление удерживает углекислый газ, растворенный в газированных напитках.
Новые лабораторные испытания, проведенные Расселом и его коллегами, навели на мысль о том, каким образом запускается выход шипучих пузырьков газа. Эксперименты показывают, что в расплавленной породе, богатой карбонатами, углекислый газ чрезвычайно растворим. Но исследователи обнаружили, что в расплавленной породе, богатой кремнеземом, только от одной четверти до одной трети углекислого газа находится в растворенном состоянии, независимо от давления. В ранних экспериментах, проводившихся этой группой ученых, исследователи использовали солонку, чтобы подсыпать богатый кремнеземом минерал под названием ортопироксен в лужицу расплавленной породы, богатой карбонатами. По мере того, как минерал в течение 20 минут или около того растворялся в этой лужице, углекислый газ начинал активно выходить в виде пузырьков: "Он вспенивался прямо на наших глазах, - рассказывает Рассел. – Это меня потрясло".
Согласно порталу news.sciencemag.org, исследователи рассказали в онлайн-журнале Nature, что лабораторные тесты воспроизводят то, что происходит на самом раннем этапе кимберлитовых выбросов глубоко внутри Земли. Сначала карман расплавленной породы, богатой карбонатами, вступает в контакт с минералами, богатыми кремнеземом, где-то на уровне верхней мантии, где породы содержат от 15% до 27% ортопироксена. Углекислый газ в виде пузырьков вырывается из расплавленного материала, придавая плотной магме плавучесть. По мере того как магма устремляется вверх от верхней мантии со скоростью до 14 километров в час, она пробивает себе путь в вышележащих породах, которые содержат в себе еще больше кремния, лишь ускоряющего выход пузырьков газа. При такой скорости вспененная кимберлитовая лава может достичь поверхности Земли с глубины до 120 километров в течение 3-8 часов, считает Рассел.
Химическая реакция, которая приводит в действие механизм образования пузырьков углекислого газа, в значительной степени автономна, говорит Рассел. Тепло, необходимое для поддержания реакции, поступает в результате кристаллизации других минералов, таких как оливин, отмечает он.
"Это отличная работа, которая действительно помогает заполнить некоторые важные части кимберлитовой головоломки", - говорит Джеймс Хед III (James Head III), планетарный геолог из Университета Брауна (Brown University). Поскольку кимберлиты легко подвергаются эрозии и легко изменяются под длительным воздействием природных сил на или вблизи поверхности Земли, ключи к разгадке первоначального химического состава кимберлитов в расплавленном состоянии найти непросто.
Кроме того, добавляет он, процесс, описываемый Расселом и его коллегами, прекрасно дополняет модель кимберлитовых выбросов, которую Хед и его коллеги изложили в начале 2007 года. В соответствии с этой моделью по мере поднятия кимберлитовой магмы из-за резких изменений давления материал становится менее плавучим и замедляет свой подъем по мере приближения к поверхности Земли. Но новая модель доказывает увеличение плавучести по мере продолжения выброса - это очень важный фактор, говорит Хед, который обеспечивает выживаемость алмазов во время их путешествия сквозь земную кору с тем, чтобы впоследствии они могли красоваться на женских пальцах и шеях по всему миру.
