Российские ученые совместно с немецким коллегой предложили и экспериментально подтвердили модель образования алмаза в мантии Земли под воздействием электрического поля. Результаты демонстрируют, что электрические поля могут значительно влиять на мантийные минералообразующие процессы, изотопное фракционирование углерода и глобальный углеродный цикл. Статья опубликована в журнале Science Advances.
Сотрудники Института геологии и минералогии им. В. С. Соболева СО РАН, Новосибирского государственного университета и Потсдамского центра наук о Земле оценили роль электрического поля в образовании алмазов. Несмотря на множество работ, посвященных исследованию алмазов, ключевые аспекты, связанные с механизмами образования этого минерала, все еще остаются дискуссионными.
«Наша работа основана на гипотезе, что в формирование алмазов в мантии Земли может быть вовлечен электрохимический процесс. Возможное его существование мы предположили исходя из имеющихся данных о высокой электрической проводимости мантийных расплавов и флюидов с учетом электрохимических процессов, возникающих в глубинных зонах Земли в связи с вариациями магнитного поля и неоднородностью мантии планеты по окислительно-восстановительному потенциалу. Чтобы оценить возможность образования алмаза в мантийных средах за счет действия электрического поля, мы разработали специальные ячейки высокого давления и провели эксперименты в модельных средах, состав которых соответствует включениям в природных алмазах», — рассказал порталу «Наука в Сибири» руководитель проекта Юрий Пальянов.
Для проведения поддержанных грантом Российского научного фонда экспериментов ученые использовали карбонатные и карбонатно-силикатные среды, которые они поместили в специально разработанную электрохимическую ячейку, позволяющую в условиях высоких температур и давлений расплавить исходные вещества и воздействовать на них электрическим полем.
Исследователи установили, что за счет разности потенциалов в расплавах запускается серия электрохимических реакций, которая приводит к кристаллизации алмаза на катоде. Алмаз образуется из углерода, исходно содержащегося в структуре карбоната. При этом карбонатный расплав действует как единственный источник углерода и как среда кристаллизации для алмаза.
Ученым впервые удалось продемонстрировать, что кроме известных основных факторов, влияющих на образование алмаза — давления, температуры, состава среды кристаллизации и фугитивности кислорода (окислительно-восстановительного состояния среды) — большое значение играет разность потенциалов. Результаты работы открывают перспективы дальнейших исследований в минералогии, петрологии и геохимии мантии Земли под действием электрических полей. Кроме того, новый подход представляет интерес для разработки новых способов получения алмазов и других углеродных материалов со специальными свойствами.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
