Наука 10 мая 2023

Гигантские столбы тепла «поднимают» алмазы из недр Земли

Моделирование с помощью суперкомпьютеров показало гигантские «столбы тепла», как активность внутри мантии формирует кимберлитовые трубки.

Читайте «Хайтек» в

Исследователи из Вуллонгонгского университета в Австралии использовали суперкомпьютеры для построения трехмерных геодинамических моделей мантии Земли. Они учитывают движение континентов на поверхности и в мантии за последний миллиард лет и объясняют, как формируются кимберлитовые трубки — вертикальные геологические образования, связанные в том числе с месторождениями алмазов.

Большинство алмазов образуются глубоко внутри Земли и выносятся близко к поверхности в результате небольших, но мощных вулканических извержений породы. Хотя по всему миру обнаружено более сотни подобных извержений, которые произошли за последние сотни миллионов лет, геофизика этого процесса оставалась загадкой.

Перенос тепла от Земного ядра к кимберлитовым трубкам. Иллюстрация: Ömer F. Bodur

Моделирование с помощью суперкомпьютеров показало, что эти извержения подпитываются гигантскими «столбами тепла», укоренившимися на глубине около 2,9 тыс. км под землей, прямо над ядром нашей планеты. При этом у центра таких столбов мантийные плюмы (горячие потоки, движущиеся от основания мантии вверх) поднимаются гораздо быстрее и переносят через мантию плотный материал, что может объяснить химические различия между кимберлитами на разных континентах.

Апвеллинги в мантии Земли, окрашенные в зависимости от глубины (желто-оранжево-черный), за последние 200 млн лет истории Земли, предсказанные глобальной моделью мантийного потока. Видео: Ömer F. Bodur

Исследователи рассчитали движение тепла вверх от ядра и обнаружили, что широкие «столбы тепла» (аппвеллинги внутри мантии) соединяют очень глубокие слои Земли с поверхностью. Они обеспечивают нагрев под кимберлитами, и объясняют большинство подобных извержений за последние 200 млн лет.

Модель успешно рассчитала месторасположение известных кимберлитовых трубок в Африке, Бразилии, России и частично в США и Канаде. А также предсказала еще не обнаруженные извержения кимберлитов в Восточной Антарктиде и в Западной Австралии. Исследователи отмечают, что понимание внутренней истории Земли можно использовать для определения запасов полезных ископаемых — не только алмазов, но и других элементов, таких, например, как никель или редкоземельные металлы.