«Мы нашли способ использовать следы серы из древних вулканов, которые проникли в мантию и, в конечном итоге, в алмазы, чтобы предоставить доказательства одного конкретного процесса строительства континента», – объяснила Карен Смит из Геммологического института Америки, ведущий автор. в статье группы, которая выходит на этой неделе в журнале Science. «Наша методика показывает, что геологическая активность, которая сформировала западноафриканский континент, была вызвана тектоническим движением плит океанской коры, погружающейся в мантию."
Алмазы могут быть любимы коллекционерами ювелирных изделий, но они поистине лучшие друзья геолога. Поскольку они происходят глубоко внутри Земли, крошечные минеральные зерна, заключенные внутри алмаза, которые часто считаются нежелательными в торговле драгоценными камнями, могут раскрыть подробности об условиях, при которых он образовался.
«Таким образом, алмазы действуют как минералогические эмиссары из недр Земли», – пояснил соавтор Карнеги Стив Шири.
Приблизительно от 150 до 200 километров, от 93 до 124 миль под поверхностью геологические образования, называемые мантийными килями, действуют как стабилизаторы континентальной коры. Материал, из которого они состоят, должен утолщаться, стабилизироваться и охлаждаться под континентом, чтобы сформировать прочный, плавучий киль, который имеет решающее значение для защиты поверхности суши от безжалостных разрушительных сил тектонической активности Земли. Но как это достигается, было предметом споров в научном сообществе.
«Решение этой загадки является ключом к пониманию того, как континенты появились в их нынешних воплощениях и как они выживают на активной планете», – объяснил Шири. "Поскольку это единственная известная нам тектонически активная каменистая планета, понимание геологии того, как формировались наши континенты, является важной частью определения того, что делает Землю пригодной для жизни."
Некоторые ученые считают, что кили мантии образуются в результате процесса, называемого субдукцией, при котором океанические плиты опускаются с поверхности Земли в ее глубины, когда одна тектоническая плита скользит под другой. Другие считают, что кили созданы в результате вертикального процесса, в котором струи горячей магмы поднимаются из гораздо более глубоких слоев Земли.
Чтобы разрешить эту дискуссию, был необходим геохимический инструмент, который может определить, возник ли источник состава мантийного киля из поверхностных плит или из-за апвеллинга более глубокого мантийного материала. К счастью, мантийные кили имеют идеальные условия для образования алмазов.
Это означает, что ученые могут выявить происхождение мантийного киля, изучив включения алмазов, которые в нем образовались.
Проведенный исследовательской группой анализ богатых серой минералов, называемых сульфидами, в алмазах, добываемых в Сьерра-Леоне, показывает, что в этом регионе за свою историю произошло два события субдукции.
Они смогли сделать это определение, потому что химический состав зерен сульфидных минералов можно увидеть только в образцах с поверхности Земли более чем на 2 метра.5 миллиардов лет назад – до того, как в атмосфере нашей планеты стало так много кислорода. Это означает, что сера в этих минеральных включениях должна была когда-то существовать на поверхности Земли, а затем была затянута в мантию в результате субдукции.
Сравнение команды с алмазами из Ботсваны показало аналогичные доказательства образования киля в результате субдукции. Но сравнение с алмазами, добытыми в северной Канаде, не показывает такой же химический состав серы, а это означает, что мантийный киль в этом регионе возник каким-то образом, не включающим поверхностный материал.
Выводы группы предполагают, что утолщение и стабилизация киля мантии под западноафриканским континентом произошло, когда эта часть мантии была сдавлена в результате столкновения с опускающимся материалом дна океана. Этот метод утолщения киля и стабилизации континента не отвечает за формирование киля под частью северной Канады.
Сульфидные минералы внутри канадских алмазов не говорят исследователям, как образовался этот киль, а только как он этого не сделал.
«Наша работа показывает, что сульфидные включения в алмазах являются мощным инструментом для исследования процессов строительства континентов», – заключил Смит.
Эта работа была поддержана GIA, Университетом Альберты, NSF и Карнеги. Это вклад в обсерваторию Deep Carbon.