Ученые обнаружили неоднородности в составе минералов нижней мантии Земли

Специалисты Института геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского Российской академии наук (ГЕОХИ РАН) выявили неоднородности в составе минералов нижней мантии Земли. Ранее считалось, что нижняя мантия Земли, начиная с глубин 660 км, однородна как в химическом отношении, так и по составу слагающих ее минералов.

Ученые лаборатории геохимии углерода им. Э.М. Галимова ГЕОХИ РАН, детально исследовав состав включений в глубинных алмазах района Джуина (Бразилия), пришли к выводу, что силикат кальция (CaSiO3) в них представлен двумя минералами — дейвмаоитом с кубической кристаллической структурой, образовавшимся в верхних частях нижней мантии, и брейитом с менее совершенной триклинной структурой, образовавшимся в менее глубокой переходной зоне.

Эти минералы в первую очередь различаются по распределению редкоземельных элементов. Они образуют ассоциации с различными по составу и месту образования разновидностями другого важного минерала нижней мантии — ферропериклаза. Зерна ферропериклаза, ассоциирующие с включениями CaSiO3 в одних и тех же алмазах, принадлежат к разным популяциям: ранней, с низким содержанием железа и высоким содержанием никеля, и сингенетической, с высоким содержанием железа и низким содержанием никеля. Первые образуются в верхней части нижней мантии, вторые, скорее всего, — в переходной зоне мантии. По мнению авторов, это свидетельствует о различных по составу областях вещества, слагающего нижнюю мантию и формирующих ее неоднородность.

«Такие области могут являться остатками первичного, неизмененного вещества глубинной Земли, или участками мантийных конвекционных течений, либо связанными с преобразованными участками земной коры, опускающейся вплоть до земного ядра в процессе погружения океанических плит», — прокомментировал результаты исследования один из авторов, главный научный сотрудник лаборатории геохимии углерода им. Э.М. Галимова ГЕОХИ РАН, доктор геолого-минералогических наук Феликс Каминский.

Ученые также установили, что не только химический состав, но и изотопные характеристики главных глубинных минералов сильно изменчивы. Так, отношения Rb/Sr, U/Pb, Sm/Nd варьируют в пределах 3-4 порядков даже в одном зерне CaSiO3. Это указывает на то, что наряду с крупными неоднородностями в глубинной Земле, в ней существует также геохимическая неоднородность на очень малых расстояниях. Это меняет существовавшие представления о структуре нижней мантии.

Исследование выполнено при финансовой поддержке Минобрнауки России.