Ученые установили, что более половины CO2 в виде карбонатов сохраняется в ходе погружения в мантию Земли
Ученые установили, что более половины CO2 в виде карбонатов сохраняется в ходе погружения в мантию Земли
Специалисты Института геохимии и аналитической химии (ГЕОХИ) им. В. И. Вернадского РАН выяснили, что более половины СО2 в виде карбонатов сохраняется при погружении в мантию Земли на глубины, превышающие 250 км, и как при этом меняется их состав. Для этого они провели эксперименты при давлениях 6–7 ГПа и температурах от 1000 до 1500 °С. Результаты опубликованы в Geoscience Frontiers.
Кругооборот углекислого газа между атмосферой и недрами Земли включает его растворение в морской воде, осаждение в виде карбоната в океанической коре и погружение в мантию в процессе субдукции. В зависимости от скорости реакции карбоната с металлическим железом в окружающей мантии, карбонат может восстанавливаться до алмаза, либо возвращаться обратно в атмосферу в составе магматических газов. Изменение потока СО2 на любой из стадий сопровождается изменением его концентрации в атмосфере, что является причиной глобальных изменений климата в истории Земли.
Были проведены эксперименты по изучению кинетики реакции восстановления карбонатов металлическим железом при давлениях 6–7 ГПа и температурах до 1500 °С. Согласно полученным результатам более 50 объемных процентов карбонатов сохраняются в ходе погружения (субдукции) океанических плит в мантию Земли на глубину 660 км. Стагнация и разогрев плит до температур окружающей мантии сопровождается плавлением карбонатов и просачиванием их расплавов в мантийные породы, содержащие металлическое железо.
«Мы установили, что скорость реакции карбонатов с металлическим железом убывает с изменением состава карбонатов в следующей последовательности: FeCO3 ≥ MgCO3 > CaMg(CO3)2 > CaCO3 >> Na2CO3. При этом карбонат калия, K2CO3, совсем не реагирует с металлическим железом.
Полученная последовательность подразумевает, что в процессе реакции восстановления карбонатов до свободного углерода (алмаза), концентрация щелочных металлов, особенно калия, в расплаве возрастает», – сказал сотрудник лаборатории геохимии мантии Земли ГЕОХИ РАН, профессор РАН Антон Шацкий.
Ранее ученые установили, что карбонатные расплавы, обогащенные калием, являются наиболее распространенными включениями минералообразующей среды в природных алмазах из кимберлитов и россыпей по всему миру. В этой работе, отметил Шацкий, ученые экспериментально показали, что данная особенность состава может быть обусловлена различной способностью карбонатов восстанавливаться металлическим железом. Согласно проведенным экспериментам, обогащение калием могло происходить в процессе кристаллизации алмаза.
Исследования выполнены при финансовой поддержке Российского научного фонда.
Источник: ГЕОХИ им. В. И. Вернадского РАН.