Ученые заметили вытекающее из ядра Земли золото

Эта теория, рассказывает CNN, была основана на трехлетнем анализе базальтовых пород Гавайев, которые первоначально образовались из потоков магмы, или расплавленной породы, поднимающейся со дна океана. Подсказки в виде тяжелых металлов, обнаруженных в вулканических породах, могут подтвердить давнее подозрение геологов о том, что расплавленное ядро Земли не изолировано, а, вероятно, просачивается в каменистую мантию, слой между тонкой корой планеты и ядром.

“Около 40 лет назад люди впервые выдвинули теорию о том, что, возможно, ядро теряет часть материала в мантию, но сигналы, которые мы получали до сих пор, были действительно неоднозначными, - рассказывает Нильс Месслинг, геохимик из Геттингенского университета в Германии и ведущий автор отчета, опубликованного на днях в журнале Nature. – Теперь, на мой взгляд, у нас есть первые очень убедительные доказательства того, что часть ядра на самом деле оказывается в мантии”.

Ученые уже знали, что большая часть золота на планете — более 99,95%, по словам Месслинга, — скрыта в расплавленном ядре вместе с другими тяжелыми элементами, такими как платина. Когда на заре истории Земли метеориты бомбардировали друг друга, около 4,5 миллиардов лет назад, когда образовалось ядро, образовался запас этих драгоценных металлов.

Но новое исследование предполагает, что по крайней мере небольшое количество этого золота вышло на поверхность, что открывает захватывающую перспективу того, что, если утечка продолжится, в будущем все больше и больше этого драгоценного металла может попасть из центра Земли в земную кору, отмечает CNN.

“Наши находки не только показывают, что ядро Земли не так изолировано, как предполагалось ранее. Теперь мы также можем доказать, что огромные объемы перегретого мантийного материала - несколько сотен квадриллионов метрических тонн горных пород — образуются на границе ядра и мантии и поднимаются к поверхности Земли, образуя океанские острова, подобные Гавайям”, — комментирует соавтор исследования Маттиас Виллболд, профессор Геттингенского университета.

Чтобы найти доказательства этого взаимодействия ядра и мантии, Месслинг и его соавторы получили несколько образцов гавайских вулканических пород из Смитсоновского института в Вашингтоне.

“Некоторые из них были извлечены подводной лодкой из глубоководного вулкана, но в остальном это просто базальтовые породы самого обычного вида, очень непритязательные, которые можно найти где угодно на Гавайях, - рассказал ученый. – Мы начали с полукилограмма камня, измельчили его в порошок, а затем расплавили в духовке с использованием различных химикатов, чтобы в итоге получить образец в жидком виде”.

Из этого образца команда выделила все элементы платиновой группы, в которую входит сама платина, а также менее известные родий, палладий, иридий, осмий и рутений. Затем ученые сосредоточились на рутении, серебристо-сером металле, столь же редком в земной коре, как золото.

“В мантии почти нет рутения, - говорит Месслинг. – Это один из самых редких элементов на Земле. Но Земля в основном состоит из метеоритов, которые столкнулись друг с другом, а метеориты содержат рутений, который попал в ядро при его формировании. Таким образом, мантия практически не содержит рутения, а ядро содержит его полностью. То же самое с золотом и платиной.”

Ядро Земли состоит из двух слоев, напоминает CNN. Горячая твердая металлическая сфера из железа и никеля примерно на 70% меньше Луны, а ее радиус составляет около 1221 километра. Внешнее ядро из жидкого металла имеет толщину около 2253 километров и простирается примерно на 2897 километров под поверхностью, или вплоть до мантии. Напротив, мантия, которая находится между внешней корой планеты и расплавленным ядром, представляет собой 2897 километров в основном твердой породы.

Чтобы определить, был ли извлеченный рутений изначально из ядра, а не из мантии, команда изучила определенный изотоп или тип рутения, который, вероятно, был более распространен в ранних строительных материалах Земли в то время, когда ядро формировалось миллиарды лет назад.

“Подавляющее большинство золота и других драгоценных металлов, таких как платина, вероятно, были получены в результате массивных ударов метеоритов на заключительных этапах формирования Земли — процесса, известного как поздняя аккреция”, - подчеркивает Педро Уотертон, доцент кафедры геохимии Копенгагенского университета в Дании, который не принимал участия в исследовании.

Присутствие изотопа рутения в образцах базальта указывает на то, что по крайней мере часть породы образовалась из материала, поступившего из расплавленной металлической сердцевины.

По словам Месслинга, это связано с тем, что существует единодушное мнение о том, что материал, который образовался на ранних стадиях формирования Земли, больше не присутствует в метеоритной летописи. Он добавил, что изотопный состав пород из горячих точек вулканов, подобных тем, что находятся на Гавайях, полностью отличается от любого другого известного камня или метеорита.

Другими словами, обнаруженный Месслингом изотоп рутения был заперт в ядре миллиарды лет назад, поэтому обнаружение этого изотопа в вулканических породах сегодня позволяет предположить, что он происходит из ядра.

“Это довольно новый и сложный метод”, - сказал Месслинг. “Нам удалось измерить содержание рутения в горных породах, которые практически не содержат рутения. В полукилограмме породы было меньше миллиграммов — иголка в стоге сена размером с планету! Это довольно интересно — по крайней мере, для геохимика. Это был долгий, но очень увлекательный процесс.”

Так в чем же связь с золотом? По химическим свойствам оно похоже на рутений, поясняет Месслинг, поэтому, если из активной зоны вытекает рутений, из нее также вытекает золото в аналогичных количествах. Однако это будет “мизерное” количество. И даже если бы ученые захотели добывать золото непосредственно из источника, на границе ядра и мантии, это гораздо глубже, чем позволяет бурить современная технология. На самом деле это примерно в 236 раз глубже, чем самая глубокая скважина, когда—либо пробуренная, - Кольская сверхглубокая скважина в России, глубина которой достигает 12,3 километра.

Доказательство того, что ядро не изолировано, особенно интересно, потому что ядро и мантия вообще не должны взаимодействовать, указывает Месслинг. “Их плотность слишком разная, как у нефти и воды, поэтому технически они не должны смешиваться. И у нас до сих пор нет хорошего механизма, объясняющего, почему это происходит. На самом деле мы вообще мало что знаем о ядре”, - сказал он.

Образцы гавайских пород показывают, что процесс утечки занимает от 500 миллионов до 1 миллиарда лет, - сказал Месслинг.

“Это то, что произошло некоторое время назад, и мы подозреваем, что это, вероятно, продолжалось вечно и, вероятно, все еще происходит сейчас”, - объяснил ученый. По словам Месслинга, если утечка драгоценных металлов является постоянным процессом, то вполне возможно, что по крайней мере часть добытого людьми золота могла быть добыта из недр, даже если количество материала в одной породе незначительно, и что мировые запасы золота, похоже, пополняются.

“Это очень интересная идея, что, хотя этот процесс незначителен и не имеет никакого эффекта, если смотреть только на один остров, если увеличить его масштаб до 4,5 миллиардов лет, возможно, он изменит состав Земли”, - говорит он.

Исследователи, которые не принимали участия в исследовании, положительно оценили полученные результаты. “Мы знаем, что Земля была построена из различных поколений метеоритного материала, которые постепенно добавлялись к растущей планете, и что драгоценные металлы из самых ранних поколений метеоритного материала концентрировались в ядре нашей планеты, в то время как металлы из метеоритов, добавленные на заключительных этапах роста Земли, застряли на нашей планетеэто мантия”, – комментирует Хелен Уильямс, профессор геохимии и планетологии Кембриджского университета (Великобритания).

Исследование, добавила она, подтверждает, что мантийные шлейфы — восходящие струи расплавленной породы, исходящие от границы ядро-мантия, которые создают горячие точки, подобные Гавайям, — действительно содержат материал, каким-то образом полученный из металлического ядра Земли, сказала Уильямс, добавив, что результат был “захватывающим”.

Джесси Рейминк, доцент кафедры наук о земле Пенсильванского государственного университета, согласен с этим. “Это очень давняя дискуссия, и новые данные, полученные за последние 10 или около того лет, подтвердили возможность того, что ядро со временем химически "просачивалось" в мантию", - сказал он. “Это исследование, похоже, действительно подтверждает вывод о том, что ядро действительно вносит некоторый вклад в мантию”.