Долговечность континентов Земли перед лицом разрушительной тектонической активности является важным геологическим фоном для возникновения жизни на нашей планете. Эта стабильность зависит от подстилающей мантии, прикрепленной к массивам суши. Новое исследование, проведенное группой геологов из Карнеги, Американского геммологического института и Университета Альберты, демонстрирует, что алмазы можно использовать для выявления того, как плавучие участки мантии под некоторыми континентами стали достаточно толстыми, чтобы обеспечить долгосрочную стабильность.
«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 континентов», - объяснила Карен Смит из Геммологического института. Америки, ведущий автор статьи группы, которая появится на этой неделе в журнале Science. «Наша методика показывает, что геологическая активность, сформировавшая западноафриканский континент, была вызвана тектоническим движением плит океанской коры, погружающейся в мантию».
Бриллианты могут быть любимы коллекционерами ювелирных изделий, но они действительно лучшие друзья геолога. Поскольку они происходят глубоко внутри Земли, крошечные минеральные зерна, застрявшие внутри алмаза, которые часто считаются нежелательными в торговле драгоценными камнями, могут раскрыть подробности об условиях, в которых он сформировался.
«Таким образом, алмазы действуют как минералогические эмиссары из недр Земли», - объяснил соавтор Карнеги Стив Шири.
На глубине 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 образовать прочный, плавучий киль, необходимый для защиты поверхности суши от безжалостных разрушительных сил тектонической активности Земли. Но то, как это достигается, является предметом споров в научном сообществе.
«Разгадка этой загадки является ключом к пониманию того, как континенты возникли в их нынешних воплощениях и как они выживают на активной планете», - объяснил Ширей. «Поскольку это единственная известная нам тектонически активная каменистая планета, понимание геологии формирования наших континентов является важной частью понимания того, что делает Землю пригодной для жизни».
Некоторые ученые считают, что кили мантии образуются в результате процесса, называемого субдукцией, когда океанические плиты погружаются с поверхности Земли в ее недра, когда одна тектоническая плита скользит под другую. Другие считают, что кили образуются в результате вертикального процесса, при котором шлейфы горячей магмы поднимаются из гораздо более глубоких слоев Земли.
Геохимический инструмент, который может определить, происходит ли источник состава мантийного киля из поверхностных плит или из апвеллинга более глубокого материала мантии, был необходим, чтобы помочь разрешить этот спор. К счастью, мантийные кили имеют идеальные условия для образования алмазов. Это означает, что ученые могут выявить происхождение мантийного киля, изучая включения из алмазов, которые образовались в нем.
Проведенный исследовательской группой анализ богатых серой минералов, называемых сульфидами, в алмазах, добытых в Сьерра-Леоне, показывает, что за свою историю регион пережил два события субдукции.
Они смогли сделать это определение, потому что химический состав зерен сульфидных минералов можно увидеть только в образцах с поверхности Земли более 2,5 миллиардов лет назад - до того, как кислород стал настолько изобильным в атмосфере нашей планеты. Это означает, что сера в этих минеральных включениях должна была когда-то существовать на поверхности Земли, а затем была втянута в мантию в результате субдукции.
Сравнение, проведенное командой с алмазами из Ботсваны, показало аналогичные доказательства образования киля в результате субдукции. Но сравнение с алмазами, добытыми в северной Канаде, не показывает того же химического состава серы, а это означает, что мантийный киль в этом регионе образовался каким-то образом, без поверхностного материала.
Выводы группы предполагают, что утолщение и стабилизация киля мантии под западноафриканским континентом произошло, когда эта часть мантии была сжата в результате столкновения с опускающимся материалом океанского дна. 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 то, как он не сформировался.
«Наша работа показывает, что сульфидные включения в алмазах являются мощным инструментом для изучения процессов строительства континентов», - заключил Смит.