» » Алмазы в перидотитах образовались из жидких и газообразных углеводородов переходной зоны мантии

Алмазы в перидотитах образовались из жидких и газообразных углеводородов переходной зоны мантии


Алмазы в перидотитах образовались из жидких и газообразных углеводородов переходной зоны мантии

Алмазы в перидотитах образовались из жидких и газообразных углеводородов переходной зоны мантии

Рис. 1. Офиолитовый комплекс Нидар в Индии. Фото с обложки журнала Geology, в котором опубликована обсуждаемая статья


Газово-жидкие включения в кристаллах породообразующих минералов — это законсервированные фрагменты расплава, из которого формировались горные породы. Изучая такие включения, ученые имеют уникальную возможность узнать не только о температурах, давлении и окислительно-восстановительных условиях в местах образования пород, но и получить представление о геохимическом составе глубинных слоев Земли, включая состав летучих компонентов, которые обычно не сохраняются. Проанализировав состав включений в перидотитах мантийного происхождения из офиолитового комплекса Нидар в Гималаях, ученые установили, что самые нижние горизонты верхней мантии содержат водород и жидкие углеводороды, из которых при подъеме мантийного вещества могли образоваться алмазы, а параллельно — углекислый газ и вода.

Внешняя оболочка Земли не сплошная, а разбита на блоки — литосферные плиты. Некоторые литосферные плиты сложены исключительно океанической корой (например, Тихоокеанская плита), другие включают фрагменты и океанической, и континентальной коры. Твердые литосферные плиты постоянно движутся по поверхности более пластичной астеносферы. Скорость их движения в настоящее время составляет от 1 до 6 см в год.

В зонах растяжения (спрединга) — там, где литосферные плиты расходятся, — формируется новая океаническая кора. Как правило, это происходит у срединно-океанических хребтов, расположенных в центральных частях всех океанов. В зонах сжатия плиты движутся навстречу друг другу и там возможны разные варианты взаимодействия.

Вблизи континентальных окраин, где океанические плиты сталкиваются с континентальными, более тонкие и тяжелые океанические плиты погружаются в земную мантию под край более мощной (толстой), но при этом и более легкой континентальной плиты. Когда между собой сталкиваются две континентальные плиты, их края дробятся, сминаются и формируются системы крупных надвигов, что приводит к росту горных структур со сложным складчато-надвиговым строением.

Если же между двумя континентами находится океаническая плита, то океан как бы схлопывается, а океаническая кора, погружаясь в мантию, может бесследно исчезнуть. Но иногда бывает и так, что океаническая кора «тонет» в мантии не полностью, а какая-то ее часть выдавливается на поверхность — происходит обдукция. При этом формируются офиолитовые комплексы — фрагменты древней океанической литосферы, сохранившейся местами на поверхности в складчатых областях (рис. 2). Офиолитовые зоны (или пояса) еще называют «следами исчезнувших океанов», так как они образуются на месте замыкания (закрытия) океанических бассейнов.


Алмазы в перидотитах образовались из жидких и газообразных углеводородов переходной зоны мантии

Рис. 2. Предполагаемый двухэтапный механизм образования офиолитовых комплексов в зонах обдукции: а — этап растяжения и формирования океанической коры; б — этап столкновения континентальных плит с выдавливанием на поверхность фрагментов океанической коры и верхней мантии. Оранжевым показана континентальная кора, черным — океаническая кора, желтым — осадочные отложения, стрелками — конвективные течения в верхней мантии и движение плит, фиолетовым — офиолиты


Учитывая то, что блоки океанической литосферы включают океаническую кору и подстилающую ее верхнюю мантию, офиолиты являются уникальными природными образованиями, где породы верхней мантии выведены на поверхность, и эти комплексы традиционно привлекают внимание ученых-геологов. Офиолиты, как правило, сложены в верхней (коровой) части разреза базальтами и габбро, а в нижней (мантийной) части — деформированными перидотитами. Перидотиты — это главные породы верхней мантии Земли.

Группа ученых из Техасского университета в Арлингтоне (США) и Института геологии Гималаев (Wadia Institute of Himalayan Geology, Дехрадун, Индия) изучила минеральный состав пород комплекса Нидар — самого мощного (толщиной около 10 км) и хорошо сохранившегося офиолитового комплекса в Гималаях (северо-восточный Ладакх, Индия). Результаты исследования опубликованы в журнале Geology.

Изначально интерес ученых привлекли микрокристаллы алмаза, присутствующие в перидотитах в виде микровключений. Акцессорные алмазы в перидотитах находили и раньше. Коммерческой ценности они не представляют ввиду крошечных размеров и низкого качества, зато важны для ученых. Сейчас впервые обнаружены алмазы в ассоциации с минералами-индикаторами ультрасверхвысоких давлений (UHP-минералы), образующимися на значительно больших глубинах. Ученые поставили перед собой задачу выяснить источник вещества перидотитовых алмазов и попытаться понять механизм их образования.

Детальное изучение породообразующих минералов перидотитов Нидара — ортоэнстатита (ромбического пироксена) и оливина — и включений в них, проведенное методом лазерной рамановской спектроскопии, позволило выявить в перидотитах комплекса Нидар уникальную минералого-геохимическую ассоциацию, никогда ранее не отмечавшуюся для офиолитов. Алмазы здесь встречаются в виде октаэдрических кристаллов с включениями азота (N2) в ортоэнстатите (рис. 3, слева). Также в ортоэнстатите были обнаружены включения метана (СН4) и клиноэнстатита (моноклинного энстатита). Помимо алмазов в них были обнаружены графитовые псевдоморфозы по кристаллам алмаза размером 2–5 мкм (более поздние образования из графита, заместившего алмазы), а также углеводородные и водородные газово-жидкие (флюидные) включения (рис. 3, справа), отражающие состояние среды, в которой происходило образование всех этих минералов. Получается так, что ученые получили возможность проанализировать состав минералообразующей среды самой глубинной части мантии из когда-либо доступных для прямого изучения.


Алмазы в перидотитах образовались из жидких и газообразных углеводородов переходной зоны мантии

Рис. 3. Микрофотографии алмаза в зерне ортоэнстатита и включений в оливине из перидотитов. С-Н и Н2 — первичные газово-жидкие (флюидные) включения; Graphitic carbon — псевдоморфозы графита по алмазу. Изображения из обсуждаемой статьи в Geology


Изучение внутренней структуры и состава главных породообразующих минералов перидотитов Нидара — ортоэнстатита (ромбического пироксена) и оливина — подтвердило предположение о том, что источник вещества этих пород находился в зоне так называемой переходной зоны мантии, расположенной на глубине около 410 км на границе между верхней и нижней мантией. Это подтверждается наличием включений ультравысокобарического клиноэнстатита (моноклинного энстатита) в ортоэнстатите, а также ориентированных минеральных фаз гематита (?-Fe2O3) и игольчатых образований Cr-шпинели в кристаллах оливина. Дело в том, что ?-оливин (форстерит) верхней мантии (?-Mg2SiO4) не может содержать в своей кристаллической структуре трехвалентное железо, а ультравысокобарический ?-оливин (вадслеит, см. Wadsleyite) переходной зоны мантии (?-Mg2SiO4) — может (H. St. C. O’Neill et al., 1993. Mossbauer spectroscopy of mantle transition zone phases and determination of minimum Fe3+ content). Гематитовая фаза в оливине обособилась в процессе декомпрессии при подъеме мантийного материала, когда вадслеит переходил в форстерит (рис. 4).


Алмазы в перидотитах образовались из жидких и газообразных углеводородов переходной зоны мантии

Рис. 4. Схема подъема мантийного вещества (мантийного апвеллинга) под спрединговым центром палеоокеана Неотетис из переходной зоны мантии (показана серым) с глубины примерно 410 км. Красным подписаны глубинные уровни, на которых формировались микрокристаллы алмазов (Diamond), включения углеводородов (С-Н) и водорода (Н2). Темно-сиреневым слева подписаны границы устойчивости различных модификаций оливина: рингвудита (?-Mg2SiO4), вадслеита (?-Mg2SiO4) и форстерита (?-Mg2SiO4). Темно-сиреневым справа подписаны границы устойчивости различных модификаций энстатита (клиноэнстатит/ортоэнстатит), углерода (алмаз/графит) и диоксида кремния (коэсит/кварц). На глубине около 300 км отмечена зона насыщения металлов (Metal saturation zone), в которой происходило обособление фаз гематита (?-Fe2O3) и Cr-шпинели в оливине. Авторы считают, что алмазы, обнаруженные ими в перидотитах, сформировались из углеводородных флюидов (жидких и газообразных легкоподвижных компонентов магмы) во время подъема мантии под спрединговым центром океана Неотетис, образовавшегося после очередного раскола Гондваны в начале кайнозоя и закрывшегося при столкновении Индостанской плиты (оранжевая) и Лавразии (зеленая) примерно 55 млн лет назад, в результате чего и произошло образование горного массива Гималаев. Рисунок из обсуждаемой статьи в Geology


Итак, по всей видимости, алмазы в перидотитах офиолитового комплекса Нидар формировались на значительных глубинах, а наличие в этих же минералах включений углеводородов в газовой и жидкой фазах указывает на то, что на этих глубинах расплав содержал углерод, служивший источником вещества алмазов.

Эти включения скорее всего формировались при окислении мантийного вещества в процессе его подъема (мантийного апвеллинга). Параллельно могли образовываться вода и углекислота, способствующие плавлению перидотитов и образованию магмы, которая уже выносила воду и углекислоту на поверхность Земли. Таким образом, эти важнейшие для эволюции всего земного — как живого, так и неживого — вещества могли иметь в том числе глубинное, эндогенное происхождение. Согласно доминировавшим ранее гипотезам, вода была привнесена на Землю извне. Впрочем, в вопросе о происхождении воды на Земле точку ставить еще рано. Что касается углекислого газа, присутствовавшего в больших объемах уже в составе первичной атмосферы Земли, то его всегда считали продуктом дегазации земных недр, однако сам механизм образования углекислоты, выбрасываемой вулканами, был до конца не понятен. По мнению авторов обсуждаемого исследования, жидкие и газообразные (флюидные) углеводороды нижних слоев верхней мантии при ее конвекционном подъеме под зонами спрединга могли также быть источником углекислого газа, который был впоследствии включен в глобальный цикл углерода.

Источник: S. Das, A. R. Basu, B. K. Mukherjee. In situ peridotitic diamond in Indus ophiolite sourced from hydrocarbon fluids in the mantle transition zone // Geology. 2017. DOI: 10.1130/G39100.1.

Владислав Стрекопытов


28 июль 2019 /
  • Не нравится
  • 0
  • Нравится

Похожие новости

Гигантские кратеры на дне Баренцева моря образовались в результате взрывов метана

Кратеры диаметром более одного километра на дне Баренцева моря, скорее всего, образовались в результате взрывов метана. К такому выводу пришли норвежские ученые, исследовавшие эти загадочные

Связанные водородной связью молекулы поймали в клетку фуллерена

Изучение механизмов реакций на уровне отдельных молекул очень важно для понимания химических процессов и управления ими. Поэтому исследователи стараются уменьшить размер «реакционного сосуда» до

В современных островных базальтах нашли следы первичного вещества, из которого образовалась Земля

Традиционно считается, что вещество, слагающее недра Земли, настолько перемешалось в процессе мантийной тепловой конвекции, а еще раньше — в результате глубинного переплавления и дифференциации, что

Обнаружены вероятные следы жизни возрастом 3,95 миллиарда лет

Японские геологи продолжили изучение древнейших остатков континентальной коры возрастом 3,95 млрд лет. Из этих образцов были извлечены органические молекулы и зерна графита. Изучив соотношение легких

Строение зоны субдукции у берегов Аляски говорит о ее цунамигенности

Международная группа сейсмологов изучила зону субдукции возле островов Шумагина у берегов Аляски, в которой Тихоокеанская плита погружается под Северо-американскую континентальную плиту. Ученые
Комментарии

НАПИСАТЬ КОММЕНТАРИЙ

Ваше Имя:
Ваш E-Mail:
Код:
Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив
Введите код:
Популярные новости
Шугаринг: плюсы и минусыПреимущества матрасов MatroluxeКалькулятор тарифов Яндекс на таксиОсобенности продвижения сайтаТайник с серебряными шекелямиОчень большой телескопНеисправности и ремонт светодиодной лентыКак будет выглядеть война будущего