Гигантские алмазы могут стать ключом к сверхглубоким землетрясениям

Тёмные пятна на алмазе

Такие дефекты, как темные пятна в этом алмазе, показывают, что тектонические плиты могут переносить воду глубоко в мантию Земли.

Согласно большинству геофизических моделей, землетрясения не должны происходить более чем на 300 километров ниже поверхности Земли. Однако, как правило, они это делают – явление, которое вводило в заблуждение сейсмологов на протяжении десятилетий. Исследователи теперь предполагают, что вода, переносимая тектоническими плитами, которые движутся под континентами, возможно, вызвала эти глубокие темные образования. Находка может объяснить еще одно чудо: почему на такой глубине образуется огромное количество алмазов размером с кулак.

Землетрясения обычно происходят, когда две стороны разлома или противоположные стороны границы тектонической плиты проходят друг через друга. Но далеко под поверхностью нашей планеты давление слишком велико для такого скольжения, и камни обычно настолько горячие, что они сочатся и текут, а не ломаются. Это привело геофизиков к появлению альтернативных объяснений глубокой сейсмической активности, которая может быть очень сильной, но в значительной степени слишком отдаленной, чтобы мы могли ее почувствовать.

Одна из идей заключается в том, что некоторые минералы, подвергаясь воздействию экстремальной температуры и давления глубоко внутри нашей планеты, могут внезапно потерять объем, что приведет к безудержному коллапсу на больших расстояниях, вызывающему сильные землетрясения. Вторая концепция заключается в том, что как только начинается землетрясение – будь то из-за внезапного обрушения минералов или по какой-либо другой причине, породы вблизи вершины трещины нагреваются еще больше и ослабевают, подпитывая землетрясение. Третьей причиной может быть вода, выделяющаяся из горных пород глубоко под поверхностью Земли, которая может ослабить другие породы в непосредственной близости, облегчая их разрушение. Однако исследователи в значительной степени отвергли это объяснение, потому что было неясно, откуда взялась вода.

Стивен Шири, геохимик из Института науки Карнеги, предположил, что причиной являются алмазы. Драгоценные камни могут накапливаться слоями по мере роста, накапливая дефекты, такие как частицы из окружающих камней, по мере их увеличения. Эти так называемые включения также могут содержать очаги богатой минералами воды.

Чтобы увидеть, может ли эта идея сработать, Шири и его команда внимательно изучили, как вода может проникать глубоко внутрь. Они считают, что ответ заключается в том, что она движется вниз по тектоническим плитам, когда они толкаются под континентами. Они утверждают, что есть три источника воды. Во-первых, вода была захвачена минералами, образовавшимися в результате затвердевания расплавленной породы на срединно-океанических хребтах. Другой – это влажные отложения, которые накапливались на этих плитах, когда они перемещались по дну океана. И третье – это океанская вода, которая просочилась в пластины, когда они согнулись и раскололись.

Затем ученые использовали компьютерное моделирование и результаты предыдущих лабораторных исследований, проведенных их командой и другими исследователями, чтобы изучить, как будут вести себя минералы в этих плитах, когда они будут двигаться все глубже и глубже. В общем, по мере увеличения глубины Земли повышаются как температура, так и давление. Хотя плиты могут быть относительно холодными на поверхности Земли, они нагреваются по мере погружения. А из-за того, что они имеют толщину в несколько километров, часто требуется миллионы лет, чтобы нагреть пластины.

Независимо от глубины, Шири и его команда обнаружили, что, когда камни в плитах достигают температуры выше 580°C, они теряют способность удерживать воду. Когда эта вода вылилась из плиты, она ослабила окружающие породы и вызвала землетрясения, сообщают Шири и коллеги из AGU Advances. Эта вода, обычно наполненная растворенными минералами, также может использоваться в качестве топлива для образования алмазов.

“Температура причина всей этой истории”, – говорит Дуглас Винс, сейсмолог из Вашингтонского университета в Сент-Луисе, который не участвовал в новом исследовании. Если тектоническая плита сначала нагреется, как если бы породы были относительно молодыми, плита обезвоживается на глубине от 100 до 250 километров и, следовательно, не будет переносить воду достаточно далеко, чтобы вызвать глубокие землетрясения. Но если камни в тонущей плите старые и относительно прохладные, вода будет оставаться в ловушке внутри тонущей плиты в течение более длительного времени, удерживаясь там, пока не достигнет глубины от 300 до 500 километров или более.

По словам Винса, потребуется дальнейшая работа, как в лаборатории, так и в полевых условиях, чтобы полностью понять взаимосвязь между водой, высвобождаемой из тонущих плит, и глубокими землетрясениями. Между тем, по его словам, ясно, что алмазы, образовавшиеся на этой глубине, с несовершенствами и тому подобным, будут иметь решающее значение для раскрытия деталей истории.

Читайте также: