Гигантские «столбы тепла» подняли алмазы из глубин Земли

Большинство алмазов образуется глубоко в недрах и выносится близко к поверхности в результате небольших, но мощных вулканических извержений так называемой кимберлитовой породы. Моделирование с помощью суперкомпьютеров показало, что эти извержения подпитываются гигантскими «столбами тепла», которые поднимаются с глубины 2900 километров, прямо над ядром нашей планеты. Сообщение об открытии опубликовали в журнале Nature Geoscience («Наука о природе и геофизике»).


Кимберлитовые извержения оставляют после себя характерную глубокую «трубку» в форме моркови из кимберлитовой породы, которая часто содержит алмазы. По всему миру уже обнаружили сотни таких извержений, произошедших за последние 200 миллионов лет. Большинство из них нашли в Канаде (178 извержений), Южной Африке (158), Анголе (71) и Бразилии (70).

Между твёрдой земной корой и расплавленным ядром проходит мантия, толстый слой вязкой горячей породы. На протяжении десятилетий геофизики использовали компьютеры для изучения того, как мантия медленно течёт на протяжении длительных периодов времени.

В 1980-х одно из исследований показало, что извержения кимберлитов могут быть связаны с небольшими термальными шлейфами в мантии. Под медленно движущимися континентами восходящие горячие струи движутся вверх благодаря свой более высокой плавучести. Ещё в 1970-х годах возникло утверждение, что эти шлейфы могут исходить от границы между мантией и ядром, на глубине 2900 км.

Затем, в 2010 году, геологи предположили, что извержения кимберлита можно объяснить термальными шлейфами, поднимающимися с краёв двух глубоких горячих зон, расположенных под Африкой и Тихим океаном. В 2022-м году появились данные, что эти пятна более подвижны, чем учёные предполагали ранее.

Однако оставалось не вполне понятно, какая активность глубоко в мантии приводила к извержениям кимберлитов. Геологи предположили, что за извержения могут быть ответственны мантийные шлейфы. Однако всё ещё оставался большой вопрос: как тепло продвигалось из недр планеты к кимберлитам? Чтобы ответить на него, исследователи в Канберре, Австралия, использовали суперкомпьютеры для создания трёхмерных геодинамических моделей мантии Земли. Модели учитывали движение континентов на поверхности и в мантии за последний миллиард лет.

Так учёные вычислили движение тепла вверх от ядра и обнаружили, что широкие мантийные подъёмы, или «столбы тепла», соединяют очень глубокие слои Земли с поверхностью. Моделирование показало, что эти столбы обеспечивают нагрев под кимберлитами, и это явление объясняет большинство кимберлитовых извержений за последние 200 миллионов лет.

Компьютерная модель успешно зафиксировала извержения кимберлитов в Африке, Бразилии, России и частично в Соединённых Штатах и Канаде. Также компьютеры предположили, что ранее не обнаруженные извержения кимберлитов произошли в Восточной Антарктиде и Западной Австралии.

К центру столбов мантийные шлейфы поднимаются намного быстрее и переносят плотный материал через мантию, что может объяснить химические различия между кимберлитами на разных континентах.

Однако компьютерные модели не объяснили происхождение некоторых кимберлитов в Канаде, признал автор исследования Омер Бодур. Есть предположение, что такие породы могут быть связаны с другим геологическим процессом — субдукцией плит, когда одни блоки земной коры погружались под другие.