Karbonatų okeaninės nuosėdos gali oksiduoti žemės apvalkalo daiktą • Vladislavas Strekopytovas • Mokslinės naujienos apie "Elementus" • Geocheminis

Karbonatų okeaninės nuosėdos gali oksiduoti žemės apvalkalo materiją

Pav. 1. Mikrosluoksniai iš garnetų deimantų kristaluose. Nuotrauka iš ualberta.ca

Moksleiviai atrado įdomų modelį: granatų, įterptų deimantų iš kimberlito vamzdžio Yakersfonteyn iš Pietų Afrikos, laipsnis, kai geležies oksidacija granatuose didėja didėjant mineralų formavimui. 240 km gylyje šis parametras yra 0,08, o 500 km gylyje – jau 0,30. Kadangi viršutinės mantijos apatinėse dalyse nėra laisvo deguonies, ten turėtų veikti kitas oksidatorius. Autoriai teigia, kad tai gali būti vandenynų karbonatų nuosėdos, kurios patenka į apvalkalą subdukcijos zonose kartu su povandenine okeanine litosferine plokšte.

Chemijos požiūriu svarbiausias bet kokios aplinkos parametras, kartu su temperatūra ir slėgis, yra redukcinės sąlygos, kurių vienas iš rodiklių yra geležies oksidacijos laipsnis, ketvirtas labiausiai paplitęs elementas žemės plutoje. Geochemikams, tyrinėjantiems Žemės interjerą, dažniausiai nustatomas šių sąlygų apibrėžimas, nes skaičiavimu lengvai apskaičiuojama temperatūra ir slėgis skirtingiems gyliams.Tačiau norint, kad būtų galima suprasti šį klausimą, jūs turite tiesiogiai iš ten gauti medžiagą studijoms.

Slėgis Žemės žarnyne apskaičiuojamas pagal jo tankio modelį. Slėgio padidėjimas atstumu nuo paviršiaus yra dėl kelių priežasčių:
1) suspaudimas dėl viršutinių kriauklių svorio (litostatinis slėgis);
2) fazių perėjimas į vienodos cheminės sudėties korpusus (ypač apvalkale);
3) kiautų cheminės sudėties skirtumas (plutos, mantijos, mantijos ir šerdies).

Žemyninės plutos papėdėje slėgis yra apie 1 GPa. Mantle slėgis palaipsniui didėja, pasiekiant 135 GPa prie apvalkalo ir šerdies ribos.

Apskaičiuojant temperatūrą planetos viduje naudojama geoterminio gradiento koncepcija (temperatūros prieaugis su gyliu). Pagal skaičiavimus litosferoje maždaug 100 km gylyje temperatūra yra apie 1300 ° C, 410 km – 1500 ° C gylyje, 670 km gylyje – 1800 ° C, šerdies ir mantelio sienoje – 2500 ° C, esant 5.150 km gylyje 3300 ° С, Žemės centras – 3400 ° С. Šiuo atveju atsižvelgiama tik į pagrindinius (ir labiausiai tikėtinus giliųjų zonų) šilumos šaltinius – gilios gravitacinės diferencijavimo energiją, ty šilumos išsiskyrimą cheminių ir fazių transformacijų metu persidengiant medžiagą tankiu.Pagrindinis tokių transformacijų veiksnys yra spaudimas.

Mes jau parašėme, kad kimberlitiniai vamzdžiai yra labai giliai gamtiniai "akvareliai", kurie leidžia jums pažvelgti giliai į Žemę (žr., Pvz., Naujienas. Nitridai ir žemutinės mantijos karbonitridai gali padėti rasti prarastą azotą, "Elements", 2014 11/7). Giliųjų uolienų griuvėsiai, užfiksuoti kimberlito magma ir paverčiami į paviršių (ksenolitai), pateikia pagrindinę informaciją apie viršutinės mantijos medžiagos sudėtį (iki gylyje apie 200 km). Pirmiausia, šiuo atveju kalbame apie peridotito ksenolitus. Anksčiau buvo ištirti daugybė tokių ksenolitų pavyzdžių, dėl kurių išsamiai apibūdinta geležies oksiduota būklė iki 200 km gylyje (2 pav.). Nustatytas įdomus reguliarumas: geležies oksidacijos laipsnis padidėjo giliai ir nesumažėjo, kaip galima būtų tikėtis, remiantis tuo, kad laisvasis deguonis yra pagrindinis oksidatorius, ir jis mažėja giliai. Geležies būklė b liko abejotina.apiegilesniuose gyliuose. Natūralūs mėginiai, kuriuose geležis yra daugiau kaip 200 km gylyje, yra labai retas ir yra tik inimtumų formoje (visų pirma kalbant apie granito granuliometrinius mikroinventus) deimantų kimberlitų vamzdžiuose.Apskritai, mineraliniai inkrustymai deimantų iš kimberlitų vamzdžių iš esmės yra giliosios medžiagos, paimtos į paviršių nuo šimtų kilometrų gylio, nuo viršutinės apvalkalo (200-410 km) arba net pereinamosios zonos tarp viršutinės ir apatinės mantijos ( 419-660 km).

Pav. 2 Geležies oksido (Fe3+), atsižvelgiant į bendrą geležies kiekį granatų inkaracijose iš Yahersfontein deimantų (raudoni apskritimai, atsižvelgiant į aptariamo straipsnio autorius) ir litozės granato iš peridotito ksenolitų (kitos piktogramos, pasak kitų mokslininkų). Horizontaliai žemiau nurodytas slėgis (GPa), viršuje – gylis (km). Pereinamoji zona – apvalkalo perėjimo zona. Paveikslėlis iš aptariamo straipsnio Gamtos geostechnika

Oksfordo universiteto geochemikų komanda Jungtinėje Karalystėje ir Bayreutho universitete Vokietijoje sugebėjo užpildyti žinių apie oksiduojančią aplinką gilumoje gylį ir suprasti, kaip Žemės gelmės forma yra geležis. Jie tyrė geležies oksidacijos laipsnį 13 mėšlo granatų, kurių mikroinkizacijos (0,1-0,3 mm dydžio) deimantų iš Yahersfonteino kimberlito vamzdžio Pietų Afrikoje (žr. Jagersfontein Mine). Aukšto slėgio (suformuoto aukšto slėgio) granatų tyrimas,pateiktas pirmiausia tokiu kaip majorito (majorite) variantu, buvo atliktas naudojant sinchroninio Mössbauer spektroskopiją (SMS), papildytą monokristaline rentgeno difrakcija (XRD).

Siekiant nustatyti mineralų susidarymo gylį, geochemikai naudoja vadinamus geocheminius geobarometrus, kurie yra tam tikrų tipų mineralų pereinamojo pobūdžio reakcijos kitiems tam tikru slėgiu. Žinoma, reikia atsižvelgti į temperatūrą, tačiau slėgis yra svarbesnis, nes šis parametras aiškiai rodo mineralo susidarymo gylį. Visų pirma žinoma, kad esant slėgiui, viršijančiam 7,5 GPa, granatu ištirpsta piroksenas, jo sudėtyje fazės (Mg, Fe)4Si4O12 ir Na2MgSi5O12. Šių garnetų fazių turinys gana tiksliai parodo barikines sąlygas, kuriomis susidaro mineralas. Pavyzdžiui, subdukcinėse bazaltinio litosferos plokštėse, kurių gylis yra apie 500 km, visas piroksenas patenka į granatito agregatą, sudarytą iš maždaug 95% pagrindinių ir apie 5% stihovito (tankiausiai modifikuoto silicio dioksido).

Mokslininkai atrado, kad giliai, toliau didėja geležies oksidacijos laipsnis, nors gyliuose, atitinkančiuose apatinę viršutinės apykaklės ir pereinamosios zonos, kur, greičiausiai,laisvas deguonis visiškai nėra, buvo logiška tikėtis, jei ne metalo geležis, tada bent jau geležies (dvivalentis). Labai gilias granatas iš apvalkalo perėjimo zonos turi dvigubai daugiau Fe3+nei labiausiai oksiduotos granatos iš viršutinės mantijos. Viršutinėje mantijos viršutinėje dalyje yra apie 6,3% masės geležies, daugiausia iš dviejų dalių geležies, kuri yra pagrindinėse uolieną sudarančiose mineralinėse medžiagose: olivino, pirokseno, spinelio ir granato. Anksčiau atliktos Mössbauer spektroskopijos analizės iš minėtųjų medžiagų iš peridotito ksenolitų arba iš mantijos piroksenitų rodo, kad viršutinės mantijos viršūnės yra labai prasta trivalentės (oksido) geležies (santykis Fe3+/ (Fe3+ + Fe2+) yra maždaug 0,036). Tai reiškia, kad apatinėje viršutinės mantijos dalyje terpė yra labiau oksiduojanti nei jos viršutinėje dalyje, ten veikia ir galingas oksidatorius.

Šis faktas sutampa su hipoteze, kad oksidacijos agentas šiuo atveju buvo karbonatų skysčių arba lydinių, susidariusių dideliame gylyje, lydant karbonatinę medžiagą, nusodintą subdukcijos zonose su okeanine plokšte iki mažiausiai 550 km gylio.Būtent šiame gylyje išlyginama subdukcinės plokštės medžiaga, karbonatai reaguoja su aplinkinėmis akmenimis, o anglies dvideginis, išsiskiriantis per šias reakcijas, gali būti medžiagos, skirtos patiems deimantams formuoti, šaltinis. Autoriai nurodo Mg reakciją kaip galimą dalyko evoliucijos schemą2Si2O6 (enstatitas) + 2MgCO3 (magnezitas) = ​​2 mg2Sio4 (olivinas) + 2С (deimantas) + 2О2.

Straipsnyje pateikti duomenys leidžia mums naujai pažvelgti į anglies geocheminį ciklą – įvairių formų anglies ciklą visose Žemės vokuose. Dabar yra aišku, kad šiai sistemai svarbų vaidmenį atlieka vandenynų karboninės nuosėdos.

Šaltinis: Jekaterina S. Kiseeva, Denisas M. Vasiukov, Bernard J. Wood, Catherine McCammon, Thomas Stachel, Maxim Bykov, Elena Bykova, Aleksandras Chumakovas, Valerijus Cerantola, Jeffas W. Harrisas, Leonidas Dubrovinskis. Oziduotas geležies granatas iš apvalkalo perėjimo zona // Gamtos geostechnika. 2018. DOI: 10.1038 / s41561-017-0055-7.

Vladislav Strekopytovas


Like this post? Please share to your friends:
Parašykite komentarą

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: