Чем глубже внутрь Земли, тем выше степень окисления железа

Анализ редких образцов вещества мантии привёл учёных к удивительному выводу: чем глубже, тем выше степень окисления железа. Открытие, опубликованное в журнале Nature Geoscience, многое говорит о круговороте веществ в недрах нашей планеты.

Самая глубокая скважина, пробуренная человеком, уходит вглубь Земли всего лишь на двенадцать с половиной километров. Образцы вещества с больших глубин попадают на поверхность в результате естественных геологических процессов: вулканических извержений, дрейфа материков и так далее. Но чем глубже (в буквальном смысле) пытается проникнуть мысль исследователя, тем труднее ему найти материал для изучения. Такой важный геохимический параметр, как степень окисления железа, хорошо известен только до глубин, не превышающих 200 километров. Для сравнения: диаметр земного шара – 6400 километров.

Команда Леонида Дубровинского (Leonid Dubrovinsky) из Байройтского университета в Германии решила по возможности закрыть этот пробел. Геологи изучали редкие образцы алмазов с включениями граната.

Степень окисления железа, содержащегося в этом минерале, выяснялась с помощью  мёссбауэровской спектроскопии и рентгеновской кристаллографии. Естественно было ожидать, что металл будет становиться всё менее окисленным при движении от поверхности, которая соприкасается с атмосферным воздухом, вглубь планеты.

К своему удивлению, исследователи обнаружили, что степень окисления увеличивается с глубиной. Отношение Fe3+ / (Fe3+ + Fe2+) на глубине 240 километров составляло только 0,08, а на глубине 500 километров – уже 0,3.

Что может окислять железо так глубоко под поверхностью Земли? Авторы полагают, что дело в карбонатах, которые попадают в мантию в зонах субдукции, где океаническая кора погружается обратно в недра планеты.

"Мы много знаем об углеродном цикле на поверхности Земли, но как насчёт мантии? – объясняет один из авторов статьи Томас Стачел (Thomas Stachel). – Наше исследование показывает, что поверхностный углерод в виде карбонатов погружается до глубин по меньшей мере 550 километров. Там эти карбонаты могут плавиться и реагировать с окружающими породами, в конечном итоге кристаллизуясь в алмазы".

Получившийся кристаллический углерод может оседать ещё глубже, вплоть до границы земного ядра, и сохраняться там миллиарды лет.