Что лежит в земле на глубине 500 км: найден новый минерал из глубинной мантии

Новый минерал бернвудит, поднятый из глубинной Земли в качестве включения в алмазе, нашли сотрудники Института геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского ран в сотрудничестве с учёными из США и Германии. Недавно Комиссия по новым минералам Международной минералогической ассоциации утвердила его открытие, название, структуру и формулу – Ca5TiAl2Si2O14. Как произошла находка, о которой сообщили в Минобрнауки России, и о чем может рассказать частица, впервые поднятая на поверхность Земли с глубины нескольких сотен километров, «МК» рассказал один из авторов находки, минералог, главный научный сотрудник лаборатории геохимии углерода им. Э.М. Галимова ГЕОХИ ран, член-корреспондент ран Феликс КАМИНСКИЙ.

Алмаз из россыпи Рио Соррисо в районе Джуина в Бразилии, в котором было найдено включение бернвудита. фото предоставлено Ф.В. Каминским

– Феликс Витольдович, введите нас в курс дела, – как давно подобные минералы ученые находят в структуре алмазов?

– Минералы в составе алмазов стали находить и изучать лет 50 назад. Пионерами в этом деле были американец Генри Мейер и советский ученый Николай Соболев из Новосибирска. В 1970-х годах они первыми исследовали включения в алмазах, и тем самым выявили минеральный состав пород, в которых образуются алмазы. Однако в первые десятилетия были известны включения только из верхней мантии Земли, откуда на поверхность поступали сами алмазы в результате извержений кимберлитовой магмы. Лишь на рубеже XX и XXI века ученым начали попадаться включения из нижней мантии.

– Почему это получилось только на рубеже веков?

– Потому что раньше их не ожидали, предполагали, что алмазы образуются только в верхней мантии. Но знаменитый австралийский ученый Альфред Рингвуд уже в своих работах 1970–80-х годов предполагал, что в более глубоких горизонтах Земли, в переходной зоне и нижней мантии могут быть встречены включения в алмазах новых, сверхглубинных минералов.

– Получается, алмазоносные породы — кимберлиты все-таки образуются в нижней мантии?

– Да, оказалось, что образуются. Кимберлиты как бы аккумулируют все включения мантийных минералов, включая алмаз, и выносят их на поверхность через трубки взрыва – вертикальные геологические образования, которые образуется при прорыве магмы сквозь земную кору. И действительно, первые находки таких минералов были сделаны на рубеже столетий в бразильских алмазах. Я тогда вёл поисковые работы в районе Джуина в Бразилии, и мы обнаружили в алмазах именно те необычные включения, которые предсказал Рингвуд.

– Где еще, кроме Бразилии, можно встретить алмазы из нижней мантии с редкими минералами?

– Таких мест с главными находками глубинных алмазов в мире всего два: кроме Бразилии, они известны только в россыпях Гвинеи. В последние годы находки алмазов с минеральными включениями из нижней мантии и переходной зоны (так называемые «сублитосферные алмазы») были сделаны в Канаде, Южной Африке, Австралии, но они немногочисленны.

– Какие же из минералов, залегающих так глубоко в Земле, были известны ученым до вашей находки бернвудита?

– Главными являются три – бриджманит, дейвмаоит, ферропериклаз, а также некоторые менее распространённые, – всего около десятка. Они слагают нижнюю мантию и переходную зону к верхней мантии Земли. На поверхности они появляются только после попадания в качестве включений в алмазы, которые выносят их, предохраняя от разрушения.

– И вот вам попался новый минерал, бернвудит. Расскажите, как вы его нашли, как распознали?

– Этот алмаз со множественными мельчайшими включениями был найден мною в пробе из россыпи Рио Соррисо в районе Джуина, в Бразилии, в начале 2000 годов, – небольшой камень, весом около одного карата (около 6,4 миллиметра в диаметре – Авт.). В течение длительного времени я не мог должным образом исследовать включения, поскольку для этого требовались сильные электронные микроскопы и другие приборы для их идентификации. И когда появилась возможность, мы отправили образец в Американский музей естественной истории в Нью-Йорке, где при помощи новейшей аппаратуры наши коллеги, а также другие исследователи из Германии смогли детально изучить включения в найденном алмазе. Трудность была в том, что включения были микронных размеров, а требовалось определить не только состав, но и структуру минералов. Это была очень сложная, кропотливая работа, которая позволила выявить, что одно из включений является новым, неизвестным минералом, и мы подали заявку в комиссию по новым минералам Международной минералогической ассоциации, – и вот недавно получили подтверждение о его регистрации.

– Из чего же состоит новый минерал бернвудит?

– Кальций, титан, алюминий, кремний, – у него довольно сложный состав. Его, как и известные ранее глубинные минералы, не найти на поверхности Земли, так как он мог образоваться только при больших давлениях, примерно при 16 гигапаскалях, и температурах на глубине порядка 500 километров под поверхностью Земли.

– В метеоритах бернвудит и другие минералы из нижней мантии когда-нибудь находили?

– Бернвудит и другие сверхглубинные минералы ни на Земле, ни на Луне не находили. Бриджманит и дейвмаоит были найдены в редчайших метеоритах.

– О чем «говорят» ученым эти нижнемантийные алмазы?

– Исследуя эти минералы, их химический, примесный и изотопный составы мы получаем глобальное знание о том, как устроена переходная зона и нижняя мантия нашей планеты, занимающая больше 50 процентов объёма всей Земли и определяющая основные тектонические процессы в земной коре.

– Есть ли какие-нибудь новые знания про внутреннее строение Земли?

– У нас имеются только геофизические данные по строению как нижней мантии, так и ядра Земли. Они постоянно развиваются. например, изначально считалось, что жидкое ядро состоит только из железа, потом к железу добавили никель. А сейчас, когда уточнили плотность ядра, выясняется, что не меньше чем на 10% ядро состоит из лёгких элементов: углерода, азота, водорода, кислорода, серы. Что касается твердого ядра, оно по-прежнему представляет собой загадку для ученых.

Источник