·
·
Thursday, 6 August 2026dailybeirut.com
Технологии и наука
Исследование бразильской команды на ускорителе Sirius выявило в сверхглубоком алмазе из Жуиньи минеральное включение гётита (FeOOH), сохранившееся при давлениях 35–57 ГПа и температурах до 1827 °C — условиях, характерных для нижней мантии на глубинах 900–1250 км.
Анализ образца алмаза длиной всего 3 миллиметра, проведённый на бразильском синхротронном ускорителе Sirius, подтвердил гипотезу о том, что минерал гётит способен транспортировать воду из земной поверхности в породы нижней мантии. Включение гётита зафиксировано внутри герметично закрытой микроскопической полости, не имевшей контакта с внешней средой на протяжении сотен миллионов лет.
Работа стала первым в мире исследованием сверхглубокого алмаза «от начала до конца» с применением методов синхротронного излучения и первым проектом, полностью выполненным бразильской научной группой с использованием исключительно отечественных инструментов. Исследование проводилось на ускорителе Sirius, управляемом Лабораторией синхротронного излучения Бразилии (LNLS), входящей в состав Бразильского центра исследований в области энергетики и материалов (CNPEM) в Кампинасе, штат Сан-Паулу. Результаты опубликованы в журнале Scientific Reports 11 мая 2026 года.
Проект возник на основе магистерской диссертации геолога Каролины Камарды под руководством геолога Тьяго Халовицки из Университета Бразилиа (UnB) и физика Элио Толентино из LNLS. Финансирование обеспечили Координация по улучшению персонала высшего образования (CAPES), аффилированная с Министерством образования Бразилии, а также Национальный совет по научным и технологическим исследованиям (CNPq), связанный с Министерством науки, технологий и инноваций Бразилии, Национальный институт науки и технологий по тектоническим исследованиям, Институт Серрапильейра и программа «Женщины в науке» Университета Мюнстера в Германии.
Исследование началось с посещения кооператива золотоискателей в июле 2018 года. Геолог Фернанда Жервасони из Федерального университета Пелотаса (UFPel) в штате Риу-Гранди-ду-Сул и Тьяго Халовицки отправились в регион Чападау возле города Жуинья, штат Мату-Гросу, где получили в дар сверхглубокие алмазы. Такие алмазы формируются на глубине более 300 километров — значительно глубже, чем большинство алмазов, образующихся на отметке около 150 километров. Оба типа достигают поверхности в составе магмы при вулканических извержениях.
Сверхглубокие алмазы редки и встречаются лишь в нескольких точках планеты. Из-за неправильной формы и наличия тёмных минеральных включений, захваченных в процессе кристаллизации, они редко используются в ювелирных целях. Однако именно эти включения представляют ценность для геологов: будучи защищёнными алмазной оболочкой от последующих изменений, они сохраняют следы физико-химических условий, существовавших в недрах Земли сотни миллионов лет назад. Первые сверхглубокие алмазы были обнаружены в районе Жуиньи в конце 1980-х годов; ранее их исследование проводилось преимущественно зарубежными учёными.
На линии излучения Mogno ускорителя Sirius была применена рентгеновская микротомография высокого разрешения, позволившая создать трёхмерную карту примерно ста минеральных включений внутри алмаза. Затем на линии Carnaúba с помощью рентгеновской спектроскопии определили элементный состав включений. Одно из них привлекло внимание: его спектр указывал на наличие гидроксида железа — соединения, редко ожидаемого в условиях нижней мантии, где гидратированные минералы встречаются крайне редко, а окислительные реакции маловероятны.
«Когда исследователи обнаруживают гидроксиды железа, они обычно отбрасывают такое включение, предполагая, что микроскопическая трещина в алмазе позволила контакту с воздухом и последующему окислению», — поясняет Каролина Камарда, кандидат наук, работающая в лаборатории European XFEL в Германии. — «Однако томография однозначно показала, что включение полностью изолировано от внешней среды, поэтому мы решили продолжить исследование.» На линии Ema с помощью рентгеновской дифракции было установлено присутствие гётита (FeOOH), а также оксидов железа — гематита (Fe₂O₃) и магнетита (Fe₃O₄). Все три минерала типичны для почв и океанического дна, однако их совместное присутствие в герметичном микровключении невозможно объяснить условиями земной поверхности.
Ранее считалось, что гётит не может выдерживать субдукцию — процесс погружения одной литосферной плиты под другую. Согласно традиционному представлению, уже при температурах выше 200 °C он должен быстро распадаться на гематит и воду, что исключало его роль переносчика воды в глубинные слои мантии. Однако дифракционный паттерн, зарегистрированный на Sirius, оказался близок к результатам эксперимента по ударной компрессии, проведённого в 2021 году в Сычуаньском университете (Китай). Там было показано, что гётит сохраняется при давлениях 35–57 ГПа — в 500 раз превышающих давление в самой глубокой части океана — и температурах от 877 до 1827 °C. Такие параметры соответствуют условиям нижней мантии на глубинах 900–1250 км.
Другое исследование 2021 года, проведённое Университетом Байрейта (Германия), подтвердило устойчивость гётита в ячейках с алмазными наковальнями — установках, более точно моделирующих мантийные условия. При этом другие эксперименты с алмазными наковальнями показали, что гётит может терять воду на меньших глубинах. Это указывает на сложный механизм транспорта, зависящий от локальной температуры и геологического контекста.
Команда Камарды предполагает, что гётит способен выживать при субдукции, если он защищён внутри глубинных трещин относительно прохладных океанических плит. Такие «укрытые» пути могут позволить ему опуститься ниже 400 км, прежде чем начнётся его превращение в гематит и воду или в магнетит, кислород и воду. Эти реакции могут продолжаться в пределах нижней мантии, обеспечивая потенциальный канал доставки поверхностной воды в регионы, ранее считавшиеся практически лишёнными водной ёмкости.
Алмаз, окружающий включения, мог кристаллизоваться из углерода, содержащегося либо в мантийных породах, либо в погружающейся океанической плите. Углерод в мантии встречается редко: её основу составляют минералы, богатые магнием, железом и кремнием. Другое включение в том же алмазе содержало ферропериклаз ((Mg, Fe)O) — минерал, широко распространённый в нижней мантии. Его наличие дополнительно подтверждает глубинное происхождение алмаза.
«Выделение воды снижает температуру плавления этих пород, потенциально генерируя небольшие объёмы магмы, которые медленно поднимаются к поверхности», — объясняет Фернанда Жервасони. — «Некоторые теории предполагают, что вулканические породы, доставляющие сверхглубокие алмазы на поверхность, формируются вблизи переходной зоны между верхней и нижней мантией, на глубине около 400 км.» Ранее, в 2014 году, международная команда сообщила в журнале Nature о находке в алмазе из Жуиньи минерала рингвудита (Mg₂SiO₄), способного удерживать воду и характерного для переходной зоны. Совокупные данные указывают на то, что верхняя мантия может содержать значительные объёмы воды, доставленной с поверхности, тогда как нижняя мантия остаётся менее понятной — поскольку большинство её минералов обладают крайне низкой водной ёмкостью. Гётит, обнаруженный в этом алмазе, предлагает возможный механизм транспорта воды в эти глубины.
