Karbonat sedimen lautan dapat mengoksidakan masalah mantel bumi • Vladislav Strekopytov • Berita sains mengenai "Unsur" • Geokimia

Sedimen karbon di lautan dapat mengoksidakan masalah mantel bumi

Rajah. 1. Kemasukan mikro garnet dalam kristal berlian. Gambar dari ualberta.ca

Mempelajari bom tangan yang tertutup berlian dari tiub kimberlite Yakersfonteyn dari Afrika Selatan, saintis telah menemui satu corak yang menarik: tahap pengoksidaan besi dalam garnet bertambah dengan kedalaman pembentukan mineral yang semakin meningkat. Pada kedalaman 240 km, parameter ini adalah 0.08, dan pada kedalaman 500 km – sudah 0.30. Oleh kerana tidak ada oksigen bebas di bahagian bawah mantel atas, sesetengah ejen pengoksidaan lain harus bertindak di sana. Penulis mencadangkan bahawa ini mungkin deposit karbonat lautan yang jatuh ke dalam mantel di zon subduksi bersama dengan plat lithospheric lautan yang terendam.

Dari sudut pandang kimia, parameter yang paling penting dari mana-mana persekitaran, bersama-sama dengan suhu dan tekanan, adalah keadaan redoks, salah satu penunjuk yang darjah pengoksidaan besi yang merupakan sebahagian daripada mineral, unsur keempat paling banyak di kerak bumi. Bagi ahli geokimia yang mengkaji bahagian dalam bumi, definisi syarat-syarat ini pada amnya adalah soalan nombor satu, kerana kedua-dua suhu dan tekanan untuk kedalaman yang berbeza mudah diperoleh dengan pengiraan.Tetapi untuk mempunyai peluang untuk memahami soalan ini, anda perlu mendapatkan bahan untuk belajar langsung dari sana.

Tekanan dalam usus bumi dikira atas dasar model ketumpatannya. Peningkatan tekanan dengan jarak dari permukaan adalah disebabkan oleh beberapa sebab:
1) mampatan disebabkan oleh berat cengkerang pendorong (tekanan lithostatik);
2) peralihan fasa dalam kerang komposisi kimia seragam (khususnya, dalam mantel);
3) perbezaan dalam komposisi kimia kerang (kerak dan mantel, mantel dan inti).

Di kaki kerak benua, tekanan adalah kira-kira 1 GPa. Di dalam mantel, tekanan secara bertahap meningkat, mencapai 135 GPa di sempadan mantel dan teras.

Untuk mengira suhu di pedalaman planet ini, konsep kecerunan geoterma digunakan (peningkatan suhu dengan kedalaman). Menurut pengiraan di litosfera pada kedalaman kira-kira 100 km, suhu adalah kira-kira 1,300 ° C, pada kedalaman 410 km – 1,500 ° C, pada kedalaman 670 km – 1,800 ° C, di sempadan teras dan mantel – 2500 ° C, pada kedalaman 5,150 km 3300 ° C, di tengah-tengah Bumi – 3400 ° C. Dalam kes ini, hanya utama (dan paling mungkin untuk zon yang mendalam) sumber haba diambil kira – tenaga pembezaan graviti dalam, iaitu pelepasan haba semasa transformasi kimia dan fasa semasa pengagihan semula bahan itu dengan ketumpatan.Faktor utama transformasi sedemikian adalah tekanan.

Kami sudah menulis bahawa paip kimberlite adalah "telaga" semulajadi yang membolehkan anda melihat jauh ke Bumi (lihat, misalnya, berita Nitrides dan karbonitrida dari mantel bawah dapat membantu mencari nitrogen yang hilang, "Elemen", 11/17/2017). Serpihan batuan dalam yang ditangkap oleh magma kimberlite dan dibawa ke permukaan (xenoliths) memberikan maklumat asas mengenai komposisi bahan mantle atas (sehingga kedalaman kira-kira 200 km). Pertama sekali, dalam hal ini kita bercakap tentang xenolith peridotit. Banyak sampel xenolith tersebut telah dikaji sebelum ini, yang menghasilkan idea terperinci tentang keadaan teroksida besi di kedalaman sehingga 200 km (Rajah 2). Ketetapan yang menarik didapati: tahap pengoksidaan besi meningkat dengan kedalaman, dan tidak berkurang, seperti yang diharapkan, berdasarkan fakta bahawa oksigen bebas adalah agen pengoksidasi utama, dan ia berkurang dengan kedalaman. Keadaan besi pada b masih dipersoalkan.kira-kirakedalaman lebih mendalam. Sampel semulajadi yang mengandungi besi dari kedalaman lebih dari 200 km sangat jarang berlaku dan hanya terdapat dalam bentuk inklusi (di atas semua, ia adalah tentang mikroinclusions garnet) di berlian paip kimberlite.Secara umum, kemasukan mineral berlian dari paip kimberlite pada dasarnya adalah "sampel" bahan dalam yang dibawa ke permukaan dari kedalaman ratusan kilometer, dari bahagian bawah mantel atas (200-410 km) atau bahkan dari zon peralihan antara mantel atas dan bawah ( 419-660 km).

Rajah. 2 Kadar oksida besi (Fe3+) berkenaan dengan jumlah kandungan besi dalam inklusi garnet dalam berlian dari Yakhersfontein (bulatan merah, menurut pengarang artikel yang dibahas) dan dalam garnet lithospheric dari peridotit xenoliths (ikon lain, menurut penyelidik lain). Horizontally below tekanan yang ditunjukkan (dalam GPa), di atas – kedalaman (dalam km). Zon peralihan – zon peralihan mantel. Gambar dari artikel dibincangkan di Geosains alam

Satu pasukan ahli geokimia dari Universiti Oxford di UK dan Universiti Bayreuth di Jerman berjaya mengisi jurang pengetahuan tentang persekitaran pengoksidaan pada kedalaman yang hebat, dan juga untuk memahami bentuk di kedalaman bumi adalah besi. Mereka mengkaji tahap pengoksidaan besi dalam 13 sampel delima dari mikroinclusions (0.1-0.3 mm dalam saiz) dalam berlian daripada paip kimberlite Yahersfontein di Afrika Selatan (lihat Jagersfontein Mine). Kajian mengenai tekanan tinggi (terbentuk pada tekanan tinggi) bom tangan,dibentangkan terutamanya oleh varian seperti majorit (majorit), dilakukan menggunakan spekroskopi Mössbauer synchrotron (SMS), ditambah dengan difraksi sinar-X sinar-X (XRD).

Untuk menentukan kedalaman pembentukan galian, geokimia menggunakan geobarometer geokimia yang dipanggil, yang merupakan reaksi peralihan beberapa jenis mineral kepada orang lain pada tekanan tertentu. Sudah tentu, anda perlu mengambil kira suhu, tetapi tekanan adalah lebih penting, kerana parameter ini jelas menunjukkan kedalaman pembentukan mineral. Khususnya, diketahui bahawa pada tekanan melebihi 7.5 GPa, piroksena larut dalam garnet, menetapkan sendiri dalam komposisinya sebagai fasa (Mg, Fe)4Si4O12 dan Na2MgSi5O12. Kandungan fasa-fasa ini dalam garnet agak tepat memberikan idea tentang keadaan barik di mana mineral terbentuk. Sebagai contoh, dalam plat lithospheric basalt subduktif pada kedalaman kira-kira 500 km, keseluruhan piroxena masuk ke agregat granatit yang terdiri daripada kira-kira 95% utama dan kira-kira 5% stishovite (pengubahsuaian paling padat silikon dioksida).

Para saintis telah mendapati bahawa dengan kedalaman, pertumbuhan pengoksidaan besi berterusan, walaupun pada kedalaman yang sama dengan bahagian bawah mantel atas dan zon peralihan, di mana, kemungkinan besar,oksigen bebas tidak sepenuhnya, ia lebih logik untuk dijangka, jika bukan besi metalik, maka sekurang-kurangnya feros (bivalent). Bom yang sangat dalam dari zon peralihan mantel mengandungi dua kali lebih banyak Fe3+daripada bom yang paling teroksidasi dari mantel atas. Bahagian atas mantel atas mengandungi kira-kira 6.3% berat besi, diwakili terutamanya dalam bentuk besi divalen dalam mineral yang membentuk batuan utama: olivine, piroxene, spinel dan garnet. Sebelum ini dilakukan analisis spektroskopi Mössbauer daripada mineral-mineral ini dari xenolith peridotit atau dari pyroxenites mantel menunjukkan bahawa bahagian atas mantel atas sangat miskin dalam besi trivalen (oksida) (nisbah Fe3+/ (Fe3+ + Fe2+) kira-kira 0.036). Ini bermakna bahawa di bahagian bawah mantel atas medium lebih teroksidasi daripada bahagian atasnya, dan beberapa agen pengoksidaan yang kuat bertindak di sana!

Fakta ini bersetuju dengan hipotesis bahawa ejen pengoksidaan dalam kes ini adalah cecair karbonat atau cair terbentuk pada kedalaman yang besar semasa leburan bahan karbonat yang diendapkan di zon subduksi dengan plat lautan hingga kedalaman sekurang-kurangnya 550 km.Ia adalah pada kedalaman ini bahawa bahan plat subdeling cair, karbonat bereaksi dengan batuan di sekelilingnya, dan karbon yang dikeluarkan semasa reaksi-reaksi ini dapat menjadi sumber bahan untuk pembentukan berlian itu sendiri. Sebagai skema yang mungkin untuk evolusi perkara, penulis memetik tindak balas Mg2Si2O6 (enstatit) + 2MgCO3 (magnesit) = 2Mg2Sio4 (olivine) + 2С (berlian) + 2 O2.

Data yang dikemukakan dalam artikel ini membolehkan kita melihat wajah kitaran geokimia karbon – kitaran pelbagai bentuk karbon dalam semua sampul bumi. Kini jelas bahawa sedimen karbonat di lautan memainkan peranan penting dalam skim ini.

Sumber: Ekaterina S. Kiseeva, Denis M. Vasiukov, Bernard J. Wood, Catherine McCammon, Thomas Stachel, Maxim Bykov, Elena Bykova, Aleksandr Chumakov, Valerio Cerantola, Jeff W. Harris, Leonid Dubrovinsky. Iron oksida di garnet dari zon peralihan mantel // Geosains alam. 2018. DOI: 10.1038 / s41561-017-0055-7.

Vladislav Strekopytov


Like this post? Please share to your friends:
Tinggalkan Balasan

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