Силікат кальцію під високим тиском допоміг уточнити поведінку плит у нижній мантії

Групі вчених вдалося синтезувати в лабораторії мінерал дейвмаоіт в умовах, які переважають в нижній мантії Землі, і виміряти його деформацію. Результати експерименту, опубліковані в журналі, вказують на те, що високий тиск може розм'якшувати земний кору в зонах субдукції і відокремлювати її від плити.

Нещодавно ми писали про новий мінерал дейвмаоіт, включення якого вчені випадково виявили під час аналізу алмазу з Африканської шахти. Дейвмаоіт - це силікат кальцію CaSiO₃ зі структурою перовскіту, який раніше не зустрічався в природі. Існування мінералу геологи передбачали десятиліттями, проте вперше отримати природний зразок вдалося тільки в 2021 році.

Справа в тому, що на поверхні землі таку модифікацію силікату кальцію знайти практично неможливо, так як він стабільний при дуже високому тиску і температурі, до того ж утворюється на глибині близько 550 кілометрів або нижче. Завдяки алмазу, який зміг зберегти мінерал в початковому стані, геологи змогли вперше описати дейвмаоіт. Вивчення мінералів високого тиску дуже важливе для геології та геофізики, оскільки вони допомагають зрозуміти і описати процеси в глибоких шарах Землі. Однак після вилучення з алмазу, мінерал зруйнувався і його подальше дослідження виявилося неможливим.

Вчені під керівництвом Хауке Марквардта (Hauke Marquardt) з Оксфордського університету вирішили штучно отримати і досліджувати дейвмаоїт за допомогою рентгенівських променів. Для цього вчені у вакуумованій експериментальній камері нагріли дрібнозмільчений воластоніт (CaSiO₃) приблизно до 900 градусів Цельсія при високому тиску, поки не утворився перовскіт. Потім мінерал деформували шляхом підвищення тиску до 57 гігапаскалів, що приблизно в 570 тисяч разів вище атмосферного тиску на поверхні землі і досліджували його за допомогою джерела рентгенівського випромінювання PETRA III.

Виявилося, що дейвмаоїт, який у великих кількостях зустрічається в базальтовій корі досить м'який мінерал. Це спостереження дозволило переглянути уявлення вчених про динамічну поведінку плит, що занурюються в нижній мантії. Динаміка в зонах субдукції, де одна тектонічна плита занурюється під іншу, багато в чому залежить від твердості розташованих там мінералів. Зважаючи на свою м'якість, дейвмаоїт може викликати відділення низхідної кори від нижньої плити, в результаті чого процес субдукції буде протікати окремо для кори і решти плити. А кора, що відокремилося, в свою чергу, може викликати характерні зміни швидкостей сейсмічних хвиль, які спостерігаються на різних глибинах.

Вчені часто намагаються отримати матеріали, які стабільні в глибоких шарах землі і вивчити їх. Раніше ми писали про те, що фізики стиснули алмаз до тиску в кілька терапаскалів, щоб дізнатися, як він поводиться в ядрі планети. А для того, щоб змоделювати умови глибокої мантії Землі, фізики синтезували надщільну форму силікату магнію.