Dodano: 17 lipca 2018r.

Fale dźwiękowe ujawniły gigantyczne złoża diamentów głęboko pod powierzchnią ziemi

Zgodnie z nowym badaniami przeprowadzonymi przez naukowców z MIT oraz innych instytucji, głęboko pod powierzchnią Ziemi znajduje się ponad biliard ton diamentów. Według szacunków, drogocenne minerały leżą na głębokości ponad 160 kilometrów – to znacznie głębiej, niż kiedykolwiek dotarł człowiek.

Diament

 

Naukowcy z Massachusetts Institute of Technology (MIT) wraz z kolegami z Chin, Francji, Niemiec oraz Wielkiej Brytanii, dzięki wykorzystaniu fal dźwiękowych ustalili, że pod powierzchnią ziemi znajduje się ponad bilard ton diamentów. Publikacja na ten temat ukazała się w piśmie „Geochemistry, Geophysics, Geosystems”.

Biliard (1 000 000 000 000 000) ton diamentów. Taka ilość niejednemu może zawrócić w głowie. Niestety ludzkość nieprędko po nie sięgnie. To ze względu na głębokość, na której drogocenne minerały się znajdują. Dowiercenie się na głębokość 160 kilometrów obecnie przekracza nasze możliwości.

Badacze ustalili, że diamenty znajdują się najstarszej, utwardzonej części skorupy ziemskiej – kratonie. Ukształtowane jak odwrócone góry, kratony mogą sięgać głębokości nawet 320 kilometrów. Najgłębsze sekcje kratonów geolodzy określają jako korzenie. Naukowcy szacują, że właśnie te korzenie kratoniczne mogą zawierać od 1 do 2 procent diamentu. Biorąc pod uwagę całkowitą ich objętość, zespół oszacował masę rozproszonych diamentów na biliard ton.

- Nasze badania pokazują, że diamenty w skali geologicznej są stosunkowo powszechne. Co prawda nie możemy się do nich nawet zbliżyć, ale to wciąż o wiele więcej diamentów, niż kiedykolwiek sądzono – powiedział Ulrich Faul z MIT.

 

Badania zapoczątkowała pewna anomalia w danych sejsmicznych. Od kilku dekad różnorakie instytucje z całego świata (jak choćby USGS - United States Geological Survey) prowadzą rejestry aktywności sejsmicznej. W badaniach tych monitoruje się fale dźwiękowe przemieszczające się po Ziemi wywołane trzęsieniami, eksplozjami i innymi spektakularnymi wydarzeniami.

Odbiorniki sejsmiczne na całym świecie zbierają fale dźwiękowe z takich źródeł. Sejsmolodzy mogą wykorzystać je do określenia chociażby miejsca wystąpienia trzęsienia ziemi.

Ale fale dźwiękowe mogą również być wykorzystane do skonstruowania obrazu tego, jak może wyglądać wnętrze Ziemi. Fale dźwiękowe poruszają się z różną prędkością przez Ziemię, w zależności od temperatury, gęstości i składu skał, przez które podróżują.

Naukowcy wykorzystali tę zależność między prędkością sejsmiczną a składem skał, aby oszacować rodzaje skał tworzących skorupę ziemską oraz część górnego płaszcza – litosfery. Przy użyciu danych sejsmicznych do mapowania wnętrza Ziemi naukowcy nie byli w stanie wyjaśnić dziwnej anomalii: fale dźwiękowe mają tendencję do znacznego przyspieszenia przechodząc przez korzenie kratonów. Wiadomo, że kratony są zimniejsze i mniej gęste od otaczającego płaszcza, co z kolei daje nieco szybsze fale dźwiękowe, ale nie tak szybkie, jak wskazywały na to pomiary.

- Mierzone prędkości są szybsze niż to, co uważamy za możliwe do odtworzenia przy rozsądnych założeniach. Wiedzieliśmy, że tutaj tkwi problem. Tak rozpoczął się ten projekt – przypomniał Faul.

Celem zespołu było określenie składu korzeni kratonicznych, które mogłyby wyjaśnić skoki prędkości sejsmicznych. Sejsmolodzy najpierw zastosowali dane sejsmiczne z USGS i innych źródeł, aby wygenerować trójwymiarowy model prędkości fal sejsmicznych przemieszczających się przez główne kratony Ziemi. Następnie, Faul wraz z badaczami, którzy w przeszłości w laboratorium mierzyli prędkości dźwięku poprzez wiele różnych rodzajów minerałów, wykorzystali tę wiedzę do montażu wirtualnych skał, wykonanych z różnych kombinacji minerałów.

Zespół obliczył, jak szybko fale dźwiękowe będą przemieszczać się przez każdy wirtualny kamień i odkrył tylko jeden rodzaj skały, która wytworzyła te same prędkości, co zmierzone przez sejsmologów. To taki rodzaj skały, który oprócz perydotytu - dominującego rodzaju skały górnego płaszcza Ziemi - i niewielkich ilości eklogitu, zawiera od 1 do 2 procent diamentów.

- Diament pod wieloma względami jest wyjątkowy. Jedną z jego specjalnych właściwości jest to, że prędkość dźwięku w diamentach jest ponad dwa razy szybsza niż w dominującym minerale w górnym płaszczu Ziemi – perydotytu – wyjaśnił Faul.

Skład skał opracowany w modelu komputerowym wynoszący od 1 do 2 procent diamentu wystarczyłby do wytworzenia wyższych prędkości dźwięku i doskonale pasuje do pomiarów sejsmologów. Ta niewielka domieszka diamentów nie niesie za sobą zmiany gęstości kratonów, które, jak już wspomniano, są mniej gęsto od otaczającego je płaszcza Ziemi.

- Diamenty są jak kawałki drewna unoszące się na wodzie. Kratony są nieco mniej gęste niż otaczające je skały, dlatego nie zanurzają się głębiej i dzięki temu zachowały się w nich najstarsze skały. Odkryliśmy, że potrzeba tylko od 1 do 2 procent diamentu, aby kratony były stabilne i nie tonęły – wytłumaczył Faul.

Ustalenia badaczy potwierdza obecny stan wiedzy na temat samych diamentów. Powstają one we wnętrzu Ziemi, w środowisku, gdzie panuje ogromne ciśnienie i wysoka temperatura. Na powierzchnie wydostają się poprzez erupcje wulkaniczne. Te z kolei wytworzyły coś na kształt geologicznych kominów z kimberlitu. Nazwa tego rodzaju skał pochodzi od miejscowości Kimberley w RPA, gdzie znaleziono pierwsze diamenty w tych skałach.

W większości przypadków kominy kimberlitowe znaleziono na krawędziach kratonicznych źródeł, takich jak w niektórych częściach Kanady, Syberii, Australii i w Południowej Afryce. - Jest to dowód poszlakowy, ale złożyliśmy go w całość. Przeszliśmy przez wszystkie możliwości, badaliśmy tą sprawę pod każdym kątem i to jest jedyne rozsądne wyjaśnienie – podkreślił Faul.

 

Źródło: Massachusetts Institute of Technology, fot. domena publiczna