Американские ученые разработали новую модель образования алмазов в литосфере Земли, согласно которой эти процессы могут оказаться гораздо более распространенными, чем считалось ранее. Теория предсказывает, что формирование может быть запущено простым изменением кислотности воды при ее соприкосновении с породами в толще литосферы. Работа опубликована в журнале Nature Communications, пресс-релиз можно прочесть на сайте университета Джона Хопкинса.
Авторы работы использовали современную компьютерную модель, описывающую химические процессы окисления-восстановления в основаниях литосферных плит. В этой модели, по сравнению с классическими, описываемая система состоит не только из нейтральных газов, растворенных в глубинных жидкостях (метана, диоксида углерода и так далее), но также включает в себя различные ионы, комплексы металлов и органические соединения, которые могут существовать в гидротермальных условиях. Ученые расширили ее, добавив в систему взаимодействие между подземными жидкостями и эклогитом — породой, которую эти воды омывают.
Оказалось, что запуск реакций восстановления карбонатов и анионов органических кислот, согласно модели, мог происходить благодаря естественному увеличению кислотности воды. Причины этого увеличения — химические превращения эклогита, протекающие при взаимодействии с глубинными жидкостями. Смоделировать необратимые реакции, в которых происходит осаждение алмазов, ученым удалось при температуре 900 °C и давлении 50 тысяч атмосфер.
Ключевым выводом, который следует из новой модели, является то, что формирование алмазов возможно и без существенных изменений в количестве окислителей и восстановителей в растворах. Авторы считают, что этот факт может свидетельствовать о том, что образование алмазов является гораздо более распространенным в природе процессом, чем считалось ранее. Однако условия их протекания — давления и температуры — соответствуют глубинам от 40 до 250 км, что не позволяет напрямую проверить выводы авторов.
Ранее ученые считали, что алмазы преимущественно образуются за счет окислительно-восстановительных реакций в процессе осаждения из жидкостей или расплавов на больших глубинах. Примерами таких реакций являются окисление метана и восстановление углекислого газа. Эти модели чрезвычайно просты, они описывали глубинные жидкости как смесь нейтральных молекул газов — метана, диоксида углерода, водорода и воды (COH-модели). При этом они практически не учитывали влияние омываемых силикатных пород на свойства жидкости, например, на ее кислотность и, соответственно, на процессы формирования алмазов.