В соответствии с теорией тектоники плит, ученые считают, что многие острова далеко в океане являются продуктом мантийных плюмов — горячих точек материала, поднимающегося из обширной области под тонкой земной корой, чтобы извергнуться на дно океана. Примеры включают цепи Гавайев и Галапагосских островов. Преобладающая мысль утверждает, что сырье представляет собой переработанную океаническую кору, состоящую из базальта вулканических пород, который был вытеснен или погружен под более легкие породы континентов.
Затем считается, что этот материал опускается на расстояние 1800 миль до границы мантии с ядром Земли, а затем снова поднимается вверх.Новое исследование оставляет эту основную историю нетронутой, но добавляет интригующую главу для некоторых лав со своеобразным составом, известных как «HIMU», что означает «высокий μ», греческие геохимики используют букву для обозначения отношения урана к свинцу.
Твердые породы континентов торчат в мантию, как зубы в деснах. Тонкая океаническая кора, погружаясь под них, часто тащит богатый углеродом известняк, обычную осадочную породу океанского дна. Оказавшись рядом с корнями континента, часть этого углерода выбрасывается в виде жидкости, взаимодействуя с находящимися там породами и изменяя их. На глубине в сто миль или более в результате этого процесса образуется алмаз, чистая кристаллическая форма углерода, которая иногда достигает поверхности в виде быстрых взрывных извержений.
Новое исследование говорит, что куски измененных корней могут также опускаться и опускаться, чтобы позже снова появиться в результате извержения, образующего остров.Ключ к открытию: связь между химией крошечных кусочков богатых углеродом флюидов или включений, заключенных в алмазах, и химией лав, образующих острова HIMU.
Алмазные включения представляют собой исходную богатую углеродом флюид, из которого кристаллизовался алмаз, и этот флюид содержит десятки других элементов, которые образуют характерные закономерности содержания. Отличительная характеристика жидкостей: высокое соотношение кальция и алюминия. На исследованных островах исследователи обнаружили такое же высокое соотношение кальция и алюминия в оливине, минерале, кристаллизовавшемся из магм.
Они сравнили образцы содержания 28 других элементов в лавах, от цезия до лютеция, и обнаружили, что эти образцы также совпадают с образцами во включениях алмаза. Вывод: алмазы и лава произошли из одного и того же материала. «Не каждый день новые наблюдения заставляют нас полностью переосмыслить концепцию, которая была принята на протяжении десятилетий», — сказала соавтор Корнелия Класс, геохимик Ламонт-Доэрти.
«Микроэлементы — это следы геологических процессов», — сказал ведущий автор исследования Яаков Вайс, геохимик Ламонт-Доэрти, изучающий алмазные включения. «Ключевым звеном является то, что богатые углеродом флюиды в алмазах, которые образовались на глубине 100 миль под поверхностью, и магмы, поднявшиеся на глубину 1800 миль, имеют те же уникальные химические сигнатуры. Мы можем смотреть на алмазы как на капсулы времени, как на посланников из того места, где мы нет другого способа увидеть ". В прошлом году Вайс опубликовал исследование, в котором сделан вывод о том, что включения показали, что древняя морская вода участвовала в образовании некоторых алмазов.Ученые проанализировали лавы HIMU с островов Кука-Острал в южной части Тихого океана и острова Гранд-Комор в Индийском океане. Большинство образцов было взято соавтором Такеши Ханью из Японского агентства морской науки и технологий, который ранее изучал породы Кука-Астрал. (Другой остров HIMU, который команда не изучала, это остров Святой Елены в Атлантическом океане, где Наполеон был заключен в тюрьму после своего падения.) Все эти острова сформировались 20 миллионов лет назад или меньше, что означает, что, хотя сами они геологически молодые, их исходный материал чрезвычайно древний.
Полученные данные подкреплены предыдущими исследованиями, показывающими, что включения алмазов и лава HIMU содержат уникальные комбинации изотопов элементарной серы, которые были обычными в земной атмосфере до 2 миллиардов лет назад, после чего дыхание фотосинтетических водорослей приводило к накоплению кислорода в атмосфере. воздух. Это показывает, что материал как для алмазов, так и для лав HIMU пришел с поверхности давно.
«Идея о том, что субконтинентальная мантия в значительной степени способствует образованию мантийных плюмов, существует уже более 30 лет, но так и не нашла всеобщего признания», — сказал соавтор Стивен Голдштейн, также геохимик из Ламонт-Доэрти. «Хотя это, вероятно, не последняя часть головоломки HIMU, она сигнализирует о серьезном сдвиге в нашем взгляде на глубинную динамику Земли».Одно исследование не предполагает: алмазы могут быть найдены на океанских островах.
Они могли присутствовать в корне континента в начале пути, но по пути были бы уничтожены.Исследование частично финансировалось Национальным научным фондом США.