Науки о Земле

Доказан факт существования особого минерала в нижней мантии Земли

Структура бриджманита

Андрей Бобров

Учеными МГУ в составе международного коллектива было впервые доказано существование железистого бриджманита и обоснована стабильность этого минерала во всем диапазоне глубин нижней мантии Земли. Результаты работы опубликованы в журнале Science Advances.

«Согласно современным представлениям, минерал бриджманит является основной фазой нижней мантии, на которую приходится около 1/3 объема Земли. Соответственно, физические свойства бриджманита имеют решающее значение для понимания динамики нашей планеты и в значительной степени определяют процессы на ее поверхности — от глубокофокусных землетрясений до геохимических циклов, ответственных за образование месторождений полезных ископаемых. Исследование бриджманита при параметрах его термодинамической устойчивости крайне затруднено, что определяет противоречивые оценки его физических свойств», — рассказывает профессор кафедры петрологии геологического факультета МГУ, доктор геолого-минералогических наук Андрей Бобров.

Группой исследователей из МГУ имени М.В. Ломоносова (Москва, Россия), Баварского Геоинститута (Байройт, Германия), Европейского центра синхротронного излучения (Гренобль, Франция) благодаря использованию алмазных наковален с лазерным нагревом впервые было доказано существование железосодержащего бриджманита (со структурой перовскита) и обоснована его стабильность во всем диапазоне глубин нижней мантии Земли.

Успешно синтезировав железистый бриджманит ученые показали, что он стабилизируется присутствием трехвалентного железа (изученный синтезированный кристалл отвечает составу (Fe²⁺₀.₆₄₍₂₎Fe³⁺₀.₂₄₍₂₎)Si₁.₀₀₍₃₎O₃) и, по сравнению с бриджманитами другого состава, имеет аномально низкую сжимаемость. Этот уникальный эффект может быть использован для интерпретации латеральных сейсмических неоднородностей в нижней мантии Земли.

«Экспериментально доказано, что для железосодержащего бриджманита скорости звуковых волн на 2% ниже, чем в магнезиальном бриджманите, что особенно важно для объяснения данных сейсмической томографии. Кроме того, было установлено, что для железистого бриджманита, синтезированного в условиях нижней мантии, характерно значительное количество структурных дефектов, которые не характерны для таких высоких давлений. Установленные различия в свойствах железистого и магнезиального бриджманитов указывают на значительную «гибкость» структуры и состава этой нижнемантийной фазы, что может быть использовано для интерпретации целого ряда геохимических и геофизических наблюдений», — говорит Андрей Бобров.