Obří kuličky v zemském plášti mohou pohánět „továrnu na diamanty“ blízko jádra naší planety

Hraniční zóna mezi roztaveným kovovým jádrem Země a pláštěm, jeho kamennou střední vrstvou, by mohla být továrnou na diamanty

Nový laboratorní experiment zjistil, že za extrémních teplot a tlaků může kombinace železa, uhlíku a vody – všech potenciálních složek, které se nacházejí na hranici pláště s jádrem, vytvořit diamant. Pokud se tento proces odehrává i hluboko uvnitř Země, mohlo by to vysvětlit některé podivné zvláštnosti pláště, včetně toho, proč je v něm více uhlíku, než vědci očekávají, napsal Livescience.

Zjištění by také mohla pomoci vysvětlit podivné struktury hluboko v hranici pláště s jádrem, kde se vlny způsobené zemětřeseními dramaticky zpomalují. Tyto oblasti, známé jako „zóny s ultra nízkou rychlostí“, jsou spojeny s podivnými strukturami pláště, včetně dvou obřích skvrn pod Afrikou a Tichým oceánem. Mohou mít jen několik kilometrů v průměru nebo mnoho set. Nikdo přesně neví, co jsou zač. Někteří vědci si myslí, že se datují do doby před 4,5 miliardami let a jsou vyrobeny z materiálů z velmi staré Země. Nový výzkum však naznačuje, že některé z těchto zón mohou za svou existenci vděčit deskové tektonice, která pravděpodobně začala až po vzniku Země, asi před třemi miliardami let.

„Přidáváme novou myšlenku, že to nejsou úplně staré struktury,“ řekl Live Science hlavní autor studie Sang-Heon Shim, geovědec z Arizonské státní univerzity.

Simulace hluboké Země

V místě, kde se jádro setkává s pláštěm, se tekuté železo otírá o pevnou skálu. To je stejně dramatický přechod jako rozhraní mezi skalami a vzduchem na zemském povrchu, řekl Shim pro Live Science. Při takovém přechodu, zejména při vysokých tlacích a teplotách, může vznikat podivná chemie.

A co víc, studie, které používají odrazy vln zemětřesení k zobrazení pláště, ukázaly, že materiály z kůry mohou pronikat až k hranici pláště jádra, zhruba 3 000 kilometrů pod zemským povrchem. V subdukčních zónách se tektonické desky tlačí jedna pod druhou a zatlačují oceánskou kůru do podpovrchové vrstvy. Horniny v této oceánské kůře mají vodu uzamčenou ve svých minerálech. Výsledkem je, řekl Shim, že je možné, že voda existuje v hranici pláště jádra a může tam vyvolat chemické reakce. (Jedna z teorií o dvojici kousků pláště pod Afrikou a Pacifikem je, že jsou tvořeny deformovanou oceánskou kůrou, která byla zatlačena hluboko do pláště a potenciálně s sebou nese vodu.)

Diamanty se tvoří za podmínek vysokých teplot a vysokého tlaku, jako jsou ty, které se vyskytují na hranici pláště jádra.

Diamanty se tvoří za podmínek vysokých teplot a vysokého tlaku, jako jsou ty, které se vyskytují na hranici pláště jádra.

Aby výzkumníci tuto myšlenku vyzkoušeli, dali dohromady ingredience, které byly k dispozici na hranici pláště jádra, a stlačili je kovadlinami vyrobenými z diamantu, čímž vznikl tlak až 140 gigapascalů. (To je asi 1,4 milionu násobek tlaku na úrovni moře.) Výzkumníci také zahřáli vzorky na 3 776 stupňů Celsia.

„Sledovali jsme, jaká reakce se odehrává, když jsme zahřívali vzorek,“ řekl Shim. „Pak jsme detekovali diamant a zaznamenali jsme nečekanou výměnu prvků mezi horninou a tekutým kovem.“

Chrlení diamantů

Pod tlakem a teplotou hranice pláště jádra, řekl Shim, se voda chová úplně jinak než na zemském povrchu. Molekuly vodíku se oddělují od molekul kyslíku. Díky vysokému tlaku vodík tíhne k železu, což je kov, který tvoří většinu jádra. Tudíž kyslík z vody zůstává v plášti, zatímco vodík splývá s jádrem.

Když k tomu dojde, zdá se, že vodík odsune stranou další světelné prvky v jádru, zásadně včetně uhlíku. Tento uhlík se dostane z jádra do pláště. Při vysokém tlaku přítomném v hranici pláště jádra je nejstabilnější formou uhlíku diamant.

„Tak vzniká diamant,“ řekl Shim.

To nejsou stejné diamanty, které by se mohly třpytit v zásnubním prstenu. Většina diamantů, které se dostanou na povrch a nakonec se stanou něčím šperkem, se vytvoří několik set kilometrů hluboko, ne několik tisíc. Ale diamanty pláště jádra jsou pravděpodobně vztlakové a mohly by se prohnat po celé kůře a rozdělovat svůj uhlík za pochodu.

Plášť má třikrát až pětkrát více uhlíku, než by výzkumníci očekávali na základě podílu prvků ve hvězdách a jiných planetách. Diamanty nalezené v této vrstvě Země by mohly vysvětlovat tento rozpor, řekl Shim. On a jeho tým spočítali, že pokud by se k hranici pláště jádra dostalo i 10 až 20% vody v oceánské kůře, mohlo by to vychrlit dostatek diamantů, které by vysvětlily obsah uhlíku v kůře.

Pokud je tomu tak, mnoho zón s nízkou rychlostí v plášti by mohly být oblasti tavení poháněné vodou, vyvolané vířením oceánských desek hluboko do planety.

Prokázat, že se tento proces odehrává tisíce kilometrů pod povrchem, je další výzva. Existuje několik způsobů, jak hledat důkazy, řekl Shim.

Jedním z nich je pátrat po strukturách uvnitř hranice pláště jádra, které by mohly být shluky diamantů. Diamanty jsou husté a rychle by přenášely vlny zemětřesení, takže by výzkumníci museli najít zóny s vysokou rychlostí podél již objevených oblastí, kde se vlny pohybují pomalu. Jiní výzkumníci z Arizonské státní univerzity tuto možnost zkoumají, řekl Shim, ale práce ještě nebyla zveřejněna.

Další možností je studovat diamanty, které mohou pocházet z velkých hlubin zemského pláště. Tyto diamanty se někdy mohou dostat na povrch s malými kapsami, nebo inkluzemi, plnými minerálů, které se mohou tvořit pouze pod velmi vysokým tlakem.

Dokonce i proslulý Diamant naděje se mohl vytvořit velmi hluboko v plášti planety. Když vědci tvrdí, že objevili velmi hluboké diamanty, jsou tato tvrzení často kontroverzní, řekl Shim, částečně proto, že inkluze jsou tak drobné, že neexistuje téměř žádný materiál k měření. Ale možná by stálo za to hledat hraniční inkluze pláště jádra, řekl.

„To by byl nějaký objev, kdyby pro to někdo našel důkazy,“ řekl.

Zdroj: Livescience