Цвет и структура алмазов определяются микровключениями минералов в кристаллическом углероде. Нахождение частиц никеля в алмазах впервые наглядно иллюстрировало характер окислительно-восстановительных реакций в мантии Земли.
Мантия Земли — это тревожный и таинственный мир, который способствует вулканической активности, переработке земной коры и регулирует долгосрочную геологическую эволюцию. Тем не менее, измерение одной из ее самых сложных характеристик — окислительно-восстановительное состояние, или баланс окисленных и восстановленных химических веществ, — представляет собой большую сложность.
Исследование, проведенное Яэль Кемпе и Яаковом Вайсом из Института наук о Земле в Еврейском университете, открывает новые горизонты в понимании этих глубоких процессов, запечатленных в нано- и микроскопических включениях в алмазах из южноафриканского рудника Вурспоед. Результаты были опубликованы в журнале Nature Geoscience.
На протяжении многих лет модели и эксперименты с высоким давлением предполагали, что никелевые металлические сплавы должны стабилизироваться в мантии на глубине примерно 250–300 км. Однако природные образцы, подтверждающие эти теории, встречаются крайне редко.
Сотрудничая с коллегами из Университета Невады, Кембриджского университета и Наноцентра при Еврейском университете, команда Вайса обнаружила металлические наноиндикаторы из никеля и железа, а также микроиндикаторы из богатых никелем карбонатов, сохранившихся внутри алмазов, образовавшихся на глубине от 280 до 470 км под поверхностью планеты. Эти включения являются первым прямым доказательством наличия никелевых сплавов на предсказанной глубине — долгожданное подтверждение моделей окислительно-восстановительных процессов в мантии.
Алмазы также содержат коэсит, фазы, богатые калием, и молекулярные твердые включения азота. Последние служат маркерами давления, указывая на то, что алмазы образовались в глубоком верхнем слое мантии и неглубокой переходной зоне.
Значимость данной находки выходит за рамки простого подтверждения теоретических моделей. Сосуществование никелевого и железного сплавов с богатым никелем карбонатом указывает на метасоматическую окислительно-восстановительную реакцию — динамическое взаимодействие, в ходе которого окисленный карбонатито-кремнистый расплав проникал в восстановленный, богатый металлами перидотит. Это подтверждает более ранние данные, полученные с меньшей глубины, о том, что именно так формируются природные алмазы.