Карбонаты сами превратили себя в алмазы при падении метеорита
Китайские геохимики показали, что при падении метеоритов алмазы могут образоваться напрямую из карбонатных минералов даже при отсутствии в среде других восстановителей. В этом случае процесс ударного сжатия приводит к получению алмаза за счет окисления содержащихся в минералах ионов двухвалентного железа. Необходимые для реакции условия также наблюдаются в нижних слоях мантии, пишут ученые в Proceedings of the National Academy of Sciences.
Давление, которое необходимо для образования алмазов в естественных условиях — около 50 тысяч атмосфер, при нем алмаз становится более устойчивым чем графит. Образование алмазов в естественных условиях на Земле могло происходить либо в статических условиях на глубине больше 150 километров, либо при ударном сжатии, которое происходит при падении метеоритов, когда и температура, и давления и температура резко увеличиваются за очень короткое время. Источников углерода для алмаза в этом случае может быть несколько: обычно это либо графит, либо высокотемпературные углеродсодержащие расплавы. Образование же алмаза напрямую из карбонатных минералов значительно менее вероятно, потому что для этого необходимо присутствие в зоне реакции большого количества внешних восстановителей.
Геохимики из Китая и США под руководством Хо-Квана Мао (Ho-kwang Mao) из Центра научных исследований и технологий высокого давления в Шанхае предположили, что при тех давлениях и температурах, которые могут возникают при падении метеорита, иногда образование алмаза из карбонатных минералов возможно даже при отсутствии внешних восстановителей. Это предположение исследователи экспериментально подтвердили на примере анкерита — карбонатного минерала, содержащего магний, кальций и железо, найденного в кратере Сюянь. Характерная особенность этого минерала — наличие в нем ионов железа(2), которое и могло служить восстановителем (но не внешним, а внутренним) при формировании алмаза.
По оценкам авторов, сделанным на основе уже проведенных ранее исследований кратера Сюянь, при падении метеорита на поверхность Земли температура в области столкновения поднялась примерно до 800 — 900 градусов Цельсия, а давление в этот момент составило от 25 до 45 гигапаскалей. Такие же условия ученые смоделировали в лабораторных условиях и проверили, что при подобном ударном сжатии будет происходить с анкеритом, который среди прочих минералов, содержался в образцах найденной в кратере метаморфической горной породы. Фазовый состав и кристаллическую структуру минерала после воздействия на него ударной волны с повышенной температурой ученые изучили с помощью методов рамановской спектроскопии и просвечивающей электронной микроскопии.
Оказалось, что действительно подобные условия приводят к восстановлению углерода железом(2) и образованию в кальцитной матрице включений алмаза размером от 2 до 5 нанометров. Железо при этом окисляется до Fe(3) и образует ферритный минерал. Доля алмаза в минерале после ударного сжатия составила 3 процента. При этом авторы работы отмечают, что это содержание могло быть и больше при увеличении времени воздействия.
Авторы отмечают, что возможность образования алмазов из карбонатов без дополнительных восстановителей означает, что алмазы могут образовываться в нижних слоях мантии. Для них как раз характерны подобные условия: большое количество карбонатных минералов, нужные давление и температура и отсутствие дополнительных восстановителей. Поэтому заметное содержание алмазов, возможно, даже в качестве основного углеродсодержащего компонента, может быть характерно и для твердых слоев земной мантии.
Отметим, что при ударном сжатии во время падения метеорита может происходить образование не только алмазов, но и еще одной сверхтвердой формы углерода — лонсдейлита. При этом возможность образования и алмаза и лонсдейлита в условиях, возникающих при столкновении метеорита с поверхностью Земли, была подтверждена экспериментально.
Александр Дубов
В предыдущий раз он извергался в 1984 году
На острове Гавайи после почти 40-летнего молчания начал извергаться самый крупный из действующих вулканов Земли ― Мауна-Лоа. Первые фонтаны лавы были выброшены внутри кальдеры на вершине 27 ноября в 23:30 по местному времени. Затем, как сообщает Гавайская вулканическая обсерватория, центр извержения переместился в трещинную зону на северо-восточном склоне вулкана. Вулканические Гавайские острова, протянувшиеся цепочкой в направлении северо-запад ― юго-восток в северной части Тихого океана, создает интенсивный внутриплитный магматизм в области горячей точки, над которой движется Тихоокеанская плита. Смещаясь вместе с плитой на северо-запад, острова-вулканы «съезжают» со стационарной горячей точки, прекращают свой рост и постепенно разрушаются. Их остатки тянутся в виде подводного хребта до края Алеутского желоба. Сейчас над областью активного магматизма находится юго-восточная часть острова Гавайи ― самого молодого в составе архипелага ― и участок океанского дна рядом с ним. Здесь растет подводный вулкан Камаэхуаканалоа (до 2021 года назывался Лоихи), а на юго-востоке острова расположены чрезвычайно активный Килауэа и крупнейший действующий вулкан на Земле ― Мауна-Лоа. Этот гигант представляет собой характерную для Гавайских островов щитовую вулканическую постройку пологого профиля с максимальной крутизной 12 градусов, сформированную базальтовыми лавами малой вязкости. Надводная часть Мауна-Лоа занимает 5100 квадратных километров, то есть около половины острова Гавайи, и поднимается на 4169 метров над уровнем океана, а вместе с подводной частью его высота превышает девять километров. Возраст вулкана, по оценкам ученых, составляет от 0,6 до 1 миллиона лет, и за это время он наработал около 75 тысяч кубических километров твердых продуктов. Вершину лавового щита Мауна-Лоа венчает кальдера обрушения под названием Мокуавеовео размером 6,2 × 2,5 километра и глубиной до 180 метров. От нее в северо-восточном и юго-западном направлениях спускаются системы трещин, через которые нередко изливалась лава. Последнее извержение Мауна-Лоа произошло в 1984 году. Оно продолжалось три недели и протекало по типичному для этого вулкана сценарию: сначала фонтанирующая лава заполнила кальдеру, а затем активность сместилась на склон, в трещинную систему. За время извержения 1984 года объем выброшенного материала составил 0,22 кубических километра; лава покрыла площадь 48 квадратных километров. После этого Мауна-Лоа сравнительно долго оставался спокойным и лишь в 2002 году проявил первые признаки очередного пробуждения: вертикальные смещения поверхности и рост сейсмической активности. Эти явления повторялись несколько раз и усилились с конца сентября 2022 года. 27 ноября в 23:30 по гавайско-алеутскому стандартному времени (или 28 ноября в 12:30 по московскому) веб-камеры Гавайской вулканической обсерватории зафиксировали, как лава начала фонтанировать из трещин, раскрывшихся в Мокуавеовео, и растекаться по дну кальдеры. По шкале авиационных цветовых кодов извержению был присвоен красный (высший) уровень опасности. Риск для самолетов связан с попаданием в атмосферу нитевидных волокон вулканического стекла, образующихся при быстром застывании выброшенной фонтанами лавы (так называемых «волос Пеле»), а также с возможными пепло-газовыми выбросами. Эти выбросы могут выводить из строя реактивные двигатели авиалайнеров. Геостационарный спутник GOES-West Национального управления океанических и атмосферных исследований (National Oceanic and Atmospheric Administration, NOAA) запечатлел термальную аномалию и выброс диоксида серы из кальдеры Мокуавеовео. По сообщению Консультативного центра по вулканическому пеплу в Вашингтоне, высота эруптивного облака достигла 13,7 километра. Извержение развивалось в характерном для Мауна-Лоа режиме. В течение ночи лава продолжала заполнять кальдеру, а уже в 06:30 утра сотрудники обсерватории, совершавшие облет вулкана, установили, что центр извержения мигрировал с вершины в северо-восточную трещинную зону. Лавовые потоки потекли по склонам в ее верхней части, несколько выше места расположения погодной обсерватории (она находится на высоте 3397 метров, примерно в шести километрах от кальдеры). Первоначально активно извергали лаву три трещины, но уже по состоянию на 13:30 28 ноября (02:30 29 ноября по московскому времени) активной оставалась только одна из них, самая нижняя, на высоте около 3000 метров. Она выбрасывает лаву в среднем на высоту нескольких метров, но отдельные фонтаны достигают 60 метров. Лава течет в восточном направлении, а газовый шлейф дрейфует на северо-запад. В настоящее время ни один из населенных пунктов рядом с Мауна-Лоа не подвергается непосредственной опасности. Однако, по словам вулканологов, не исключена вероятность раскрытия новых трещин. и в этом случае лава может спуститься по северному склону и достичь автодороги, от которой сейчас ее отделяет около 18 километров. Ранее N + 1 сообщал о том, что геологи заподозрили канарский вулкан Кумбре-Вьеха в нетипичном поведении и обнаружили, что во время извержения 2021 года он извергал крайне текучую лаву. А еще ученые установили, что начальная высота цунами, вызванного взрывом вулкана Хунга-Тонга-Хунга-Хаапай в январе 2022 года, достигала 90 метров.