«Бриллиант — это навсегда». Этот культовый слоган, придуманный для очень успешной рекламной кампании 1940-х годов, продавал драгоценные камни как символ вечной приверженности и единства.

Но наше новое исследование, проведенное исследователями из разных стран и опубликованное в журнале Nature, предполагает, что алмазы также могут быть признаком распада — то есть тектонических плит Земли. Это может даже дать подсказки, где лучше искать их.

Алмазы, будучи самыми твердыми природными камнями, требуют для образования сильного давления и температуры. Эти условия достигаются только глубоко внутри Земли. Так как же они попадают из глубины Земли на поверхность?

Алмазы переносятся в расплавленных горных породах или магмах, называемых кимберлитами. До сих пор мы не знали, какой процесс заставил кимберлиты внезапно прорваться сквозь земную кору, проведя миллионы или даже миллиарды лет под континентами.

Циклы суперконтинента

Большинство геологов согласны с тем, что взрывные извержения, которые высвобождают алмазы, происходят синхронно с циклом суперконтинента: повторяющийся образец формирования и фрагментации суши, который определил миллиарды лет истории Земли.

Однако точные механизмы, лежащие в основе этой связи, обсуждаются. Возникли две основные теории.

Один предполагает, что кимберлитовая магма использует «раны», образовавшиеся при растяжении земной коры или при расколе плит твердой породы, покрывающих Землю, известных как тектонические плиты. Другая теория включает в себя мантийные плюмы, колоссальные выбросы расплавленной породы от границы ядра и мантии, расположенные примерно на 2900 км ниже поверхности Земли.

Обе идеи, однако, не лишены проблем. Во-первых, основная часть тектонической плиты, известная как литосфера, невероятно прочна и устойчива. Это затрудняет проникновение трещин, позволяя магме просачиваться сквозь них.

Кроме того, многие кимберлиты не обладают химическими «ароматами», которые мы ожидаем обнаружить в породах, полученных из мантийных плюмов.

Напротив, считается, что образование кимберлитов связано с чрезвычайно низкой степенью плавления мантийных пород, часто менее 1%. Значит, нужен другой механизм. Наше исследование предлагает возможное решение этой давней загадки.

Мы применили статистический анализ, включая машинное обучение — применение искусственного интеллекта (ИИ) — для судебно-медицинской экспертизы связи между континентальным распадом и кимберлитовым вулканизмом. Результаты нашего глобального исследования показали, что извержения большинства кимберлитовых вулканов произошли через 20-30 миллионов лет после тектонического раскола континентов Земли.

Кроме того, наше региональное исследование, посвященное трем континентам, где находится больше всего кимберлитов, — Африке, Южной Америке и Северной Америке — подтвердило этот вывод. Это также добавило важную подсказку: извержения кимберлитов имеют тенденцию постепенно мигрировать с континентальных окраин во внутренние районы с течением времени со скоростью, одинаковой для всех континентов.

Возникает вопрос: какой геологический процесс мог бы объяснить эти закономерности? Чтобы ответить на этот вопрос, мы использовали несколько компьютерных моделей, чтобы зафиксировать сложное поведение континентов, когда они испытывают растяжение, наряду с конвективными движениями в подстилающей мантии.

эффект домино

Мы предполагаем, что эффект домино может объяснить, как распад континентов в конечном итоге приводит к образованию кимберлитовой магмы. При рифтогенезе небольшой участок континентального корня — участки мощной породы, расположенные под некоторыми континентами, — разрушается и погружается в нижележащую мантию.

Здесь мы получаем опускание более холодного материала и подъем горячей мантии, вызывая процесс, называемый конвекцией, управляемой краем. Наши модели показывают, что эта конвекция запускает цепочку похожих моделей потоков, которые мигрируют под близлежащий континент.

Наши модели показывают, что, охватывая корень континента, эти разрушительные потоки выносят из основания континентальной плиты значительное количество горных пород толщиной в десятки километров.

Различные другие результаты наших компьютерных моделей затем показывают, что этот процесс может объединить необходимые ингредиенты в нужных количествах, чтобы вызвать плавление, достаточное для образования богатых газом кимберлитов. Однажды сформировавшись и обладая большой плавучестью, обеспечиваемой углекислым газом и водой, магма может быстро подняться на поверхность, неся свой драгоценный груз.

Поиск новых месторождений алмазов

Эта модель не противоречит пространственной связи кимберлитов с мантийными плюмами. Напротив, распад тектонических плит может быть результатом потепления, утончения и ослабления плиты, вызванных плюмами, а может и не произойти.

Однако наше исследование ясно показывает, что пространственные, временные и химические закономерности, наблюдаемые в большинстве регионов, богатых кимберлитами, не могут быть адекватно объяснены исключительно присутствием плюмов.

Процессы, вызывающие извержения, выносящие алмазы на поверхность, носят весьма систематический характер. Они начинаются на окраинах континентов и мигрируют внутрь с относительно равномерной скоростью.

Эта информация может быть использована для определения возможных мест и времени извержений вулканов в прошлом, связанных с этим процессом, предлагая информацию, которая может позволить обнаружить месторождения алмазов и других редких элементов, необходимых для перехода к зеленой энергии.

Если мы собираемся искать новые месторождения, то стоит иметь в виду, что в настоящее время группы кампании прилагают усилия, чтобы попытаться устранить с мировых рынков те алмазы, которые используются для финансирования войн (конфликтные алмазы), или алмазы, поступающие из шахт с плохими условиями для добычи. рабочие.

Алмазы могут быть вечными, а могут и не быть, но наша работа показывает, что новые алмазы неоднократно создавались на протяжении долгих периодов истории нашей планеты.

Эта статья переиздана из The Conversation под лицензией Creative Commons. Прочитайте оригинальную статью.