Углеродный цикл, охватывающий атмосферу, океаны и земную кору, достигает, как выяснилось, нижней мантии.
Геохимики давно предполагали, что глобальный круговорот углерода включает не только земную кору, океан и атмосферу, но и внутренние слои планеты. Но прямых доказательств не имели. Затем появились данные, что в круговорот углерода вовлечена верхняя часть мантии – до глубины 400 км.
Если гипотеза верна, углерод, из которого образовались алмазы, первоначально находился внутри океанической коры. Действительно, они изобилуют лёгким изотопом углерода С12, который распространён на поверхности, но не в мантии, где преобладает изотоп С13.
Открытие, сделанное учеными из Института Карнеги (Carnegie Institution for Science) в Вашингтоне (США) и Университета в Бристоле (University of Bristol), Великобритания, подтверждающееся данными сейсмологических и геохимических исследований, заставили предположить, что океаническая кора способна опуститься до нижней мантии (около 660 км), но образцы породы с такой историей получить очень трудно.
Большинство алмазов, добываемых на поверхности Земли, происходят из глубин, не превышающих 200 км. В некоторых частях мира, однако, встречаются редкие, «сверхглубокие», алмазы, содержащие микроскопические включения других материалов, химия которых указывает на их более глубокое происхождение.

Обнаружить микроскопические включения можно путём тщательной полировки алмаза (здесь и ниже изображение авторов работы).

Майкл Уолтер (Michael Walter), профессор Университета в Бристоле, и его коллеги исследовали коллекцию «сверхглубинных» алмазов из бразильского кимберлитового поля Жуна-5.
Теория тектонических плит говорит, что в местах разломов одна плита может подныривать под другую и опускаться вниз, в мантию. Таким образом, в этом районе плиты океанической коры, несущие богатый углеродом осадочный слой смешивались с расплавленным веществом мантии.
Анализ показал, что алмазы из Жуны-5 имеют в своём составе микровключения минералов, которые обычно образуются, когда базальт плавится и кристаллизуется под чрезвычайно высоким давлением и при очень высокой температуре нижней мантии.
Геохимики изучили химический состав этих включений в шести кристаллах и в четырех из шести нашли, что включения содержат мало изотопа углерода С13. Меньше, чем должно было быть в нижних слоях мантии. Но столько, сколько содержат базальты океанической земной коры.
Данные включения, возможно, появились, когда алмазоформирующие текучие среды соединились с базальтовыми компонентами океанической литосферы, опускавшимися в нижнюю мантию.

Слева направо: алмаз, микровключения из нижней мантии, схема рождения алмаза.

Среди включений обнаружены также отдельные фации, которые остались «несмешанными». Скорее всего, они присоединились к алмазам, когда те поднимались в верхнюю мантию.
«Это потрясающе, что мы можем судить по микроскопическим зернам минерала о поведении такой огромной субстанции, как мантия Земли», - сказал соавтор исследования Стивен Ширей (Steven Shirey) из Института Карнеги.
Таким образом, с помощью сверхглубинных алмазов в составе которых ученые обнаружили углерод из океанической земной коры, получено ещё одно свидетельство, что планета Земля – целостная, динамичная система.

Результаты исследования опубликованы в журнале Science.
Подготовлено по материалам EurekAlert!.