Диамантите разкриват никелови сплави от над 250 км дълбоко в земната мантия

Химическото състояние на земната мантия, нейното редокс състояние, се оформя от това как се държат желязото и въглеродът, докато получават или губят електрони. Този редокс баланс влияе на всичко - от образуването на минерали до движението на топлина и материали дълбоко под земята.

Изследвания на мантийни скали (ксенолити), лабораторни експерименти и термодинамични модели показват, че нивата на кислород намаляват с дълбочината, особено до приблизително 250 км. Около 250–300 км учените очакват образуването на богата на никел метална сплав, което ще доведе до по-нататъшно намаляване на кислорода.

Но според ново проучване диамантите, открити между 250 и 500 км, разказват различна история. Те показват признаци на по-окислени условия и на тези дълбочини никога не е била наблюдавана богата на никел сплав, която да потвърди предположението.

Диамантен срез от африкански диамант, показващ прозрачно ядро, заобиколено от мътен, богат на включвания ръб. Кредит: Yaakov Weiss

Революционно проучване в Nature Geoscience, ръководено от изследователи от Еврейския университет в Йерусалим, откри малки метални и карбонатни включвания в диаманти от мината Voorspoed в Южна Африка, предлагайки рядък поглед към дълбоката химия на мантията на Земята.

Има ли изгубени светове във вътрешността на Земята?

Работейки с учени от Университета на Невада, Университета в Кеймбридж и Наноцентъра в Еврейския университет, екипът открива никел-железни нановключения и богати на никел карбонатни микровключения в диаманти, образувани на 280–470 км под земната повърхност. Тези микроскопични характеристики предоставят първите директни доказателства за богати на никел сплави на дълбините, където отдавна се е предвиждало тяхното съществуване.

Това откритие потвърждава ключови редокс модели на мантията и помага да се обясни как желязото и никелът се държат дълбоко под земята, хвърляйки светлина върху химичните сили, които оформят нашата планета отвътре.

За геохимиците, най-ценните от научна гледна точка диаманти са тези, съдържащи химически примеси, които са най-малко ценени в бижутерията. Този диамант от Южна Африка съдържа няколко зони, богати на включения, и средна част, която е по-бистра. Кредит: Yaakov Weiss

Диамантите от южноафриканската мина Voorspoed имат нещо повече от блясък - те крият улики за дълбоките недра на Земята. Техният минерален товар включва коезит, богати на калий алуминиеви фази и твърд азот, всеки от които може да се използва като маркер за налягане, който определя произхода им от дълбоката горна мантия и плитката преходна зона.

Но истинският пробив надхвърля потвърждаването на теорията. Наличието както на никел-желязна сплав, така и на богат на никел карбонат вътре в диамантите предполага драматично подземно събитие: метасоматична реакция на редокс-замразяване. В този процес окислена, богата на въглерод стопилка инфилтрира редуциран, металосъдържащ перидотит, задействайки образуването на диаманти. Това подкрепя по-ранни открития от по-малки дълбочини, засилвайки идеята, че подобни редокс реакции са ключов път за създаването на естествени диаманти.

Потенциална "фабрика за диаманти" може да е съществувала на границата между ядрото и мантията в продължение на милиарди години

В тази дълбока мантийна обстановка желязото се окислява по-лесно от никела, оставяйки след себе си богата на никел метална сплав. Междувременно, богати на никел карбонати и диаманти започват да кристализират от околната стопилка. Диамантите, по същество, претърпяват кратка, но мощна геохимична трансформация, при която редуцираната мантийна скала се превръща в по-окислена, богата на летливи вещества зона, а карбонатите се редуцират, за да образуват диаманти.

"Това е рядък момент на действие на химията на мантията", коментира Яков Вайс (Yaakov Weiss) от Института за науки за Земята към Еврейския университет и съавтор на изследването. "Диамантите действат като малки капсули на времето, запазвайки реакция, която иначе би изчезнала, когато минералите се възстановят в равновесие с околната среда."

"Облачен" диамант от Южна Африка, с вътрешна зона, пълна с микровключвания, обградена с ясна октаедрична външна зона. Кредит: Yaakov Weiss

Техните микроскопични включвания показват, че локализираните редокс реакции в мантията могат да окисляват малки скални джобове. Това може да обясни защо някои свръхдълбоки диаманти показват неочаквано високи нива на окисление.

Тези реакции ни помагат да разберем как се образуват богатите на летливи вещества магми. Когато мантийният перидотит се обогатява с карбонат, калий и други елементи по време на редокс събития, той подготвя почвата за експлозивни магми като кимберлити и лампрофири, и дори някои океански островни базалти. Накратко, тези малки минерални следи разкриват обширни връзки между субдукцията, химията на мантията и огнените сили, които оформят континентите и доставят диаманти на повърхността.

Разкриване на тайните на образуването на диаманти

Проучването подчертава научната стойност на диамантите като нещо повече от просто скъпоценни камъни. Техните включвания, независимо дали са нанометрови сплави или минерали под високо налягане, предлагат един от малкото естествени записи на условията стотици километри под краката ни.

Изследването на Вайс бележи пробив, първото естествено доказателство за богати на никел сплави в дълбините, отдавна предсказани от мантийните модели. Тези малки включвания в диамантите предоставят ярка снимка на това как дълбокият редокс ландшафт на Земята еволюира чрез взаимодействията между стопилката и скалите.

Диамант от Африка, състоящ се от октаедрична невлакнеста монокристална сърцевина (не се вижда на снимката) и концентрично покритие, съдържащо микровключения. Кредит: Yaakov Weiss

Диамантите се очертават като разказвачи на истории за трансформация. В кристалната им структура са заключени улики за скритата химия на мантията, записи за окисление, обогатяване с летливи вещества и динамични процеси, които продължават да оформят нашата планета отвътре. Докато учените се задълбочават в тези минерални капсули на времето, те разкриват богат разказ за развиващата се вътрешност на Земята.

Справка: Kempe, Y., Remennik, S., Tschauner, O. et al. Redox state of the deep upper mantle recorded by nickel-rich diamond inclusions. Nat. Geosci. (2025). DOI: 10.1038/s41561-025-01791-4

Източник: First natural evidence of nickel-rich alloys found deep in Earth’s mantle, ТechЕxplorist

Още по темата

05/08/2025

Физика

Рядък диамант с уникална шестоъгълна структура е по-твърд от естествения си аналог

21/03/2024

Земята

Вулканите, които са изхвърляли диаманти със свръхзвукова скорост, може би ще се върнат към живот

21/09/2023

Земята

За да има розови диаманти, е разрушен суперконтинент

18/12/2018

Земята

Къде и как се раждат най-големите диаманти (видео)