Изучение такого древнего объекта ранней Земли может дать представление о формировании планеты.

Согласно новому анализу, сверхглубокие алмазы — удивительно выносливый резервуар породы, оставшийся сразу после образования Земли, все еще скрываются глубоко внутри планеты.

Жидкость, захваченная внутрь этих алмазов, выкованных в сотнях километров под землей в мантии Земли, несет химические признаки породы, которая оставалась относительно нетронутой в течение миллиардов лет. Это удержание первозданной породы может быть почти таким же древним, как и сама Земля, что делает ее одним из древнейших сохранившихся материалов на планете сегодня. Понимание характеристик и сохранение такого нетронутого участка ранней Земли может дать новое понимание формирования и эволюции планеты.

Предыдущие химические анализы вулканических пород намекали на то, что в мантии Земли может быть хранилище чрезвычайно старого материала. Но ученые не были уверены, сможет ли такая нетронутая реликвия выдержать постоянное повторяющееся перемешивание материала. Свидетельству о вулканической породе трудно доверять самой по себе: расплавленная порода имеет тенденцию к загрязнению, когда она проталкивается сквозь кору, и трудно определить, откуда произошли конкретные куски породы, говорит Сюзетт Тиммерман (Suzette Timmerman), геохимик из Австралийского национального университета (Australian National University) в Актон.

Для более непосредственного знакомства с недрами Земли Тиммерман и ее коллеги изучили 24 сверхглубоких алмаза из Бразилии, которые, как было известно, образовались на 410—660 километрах под землей. По мере кристаллизации алмазов они поглощали микроскопические объемы жидкости из окружающей среды. Тиммерман говорит, что когда сверхглубокий алмаз поднимается на поверхность Земли, его прочная кристаллическая структура защищает эти алмазные включения от загрязнения. «Это точно сохранение химического состава на этих действительно глубоких глубинах».

Используя масс-спектрометрию, исследователи каталогизировали различные изотопы или типы элементов, заключенных в сверхглубокие алмазные включения. «Впечатляет, как им удалось проанализировать сигнал, который должен быть очень крошечным» от пузырьков жидкости размером менее микрометра, говорит Эндрю Томсон (Andrew Thomson), геолог из Университетского колледжа Лондона.

Команда Тиммермана сравнила содержание двух изотопов гелия: гелий-3 и гелия-4 в алмазных включениях. По словам Томсона в отличие от гелия-4 Земля с момента своего образования не генерировала никакого нового гелия-3 и любой гелий-3, который достигает поверхности Земли, улетает в космос. Таким образом материал, который относительно богат гелием-3 по сравнению с гелием-4, должен был сформироваться на раннем этапе существования Земли и быть изолированным в течение очень долгого времени от поверхности и любых других внутренних процессов, которые могли бы откачивать гелий.

В сверхглубоких алмазных включениях, которые были наиболее богаты гелием-3, отношение гелия-3 к гелию-4 составляло примерно от 1 до 14 300. Это может показаться не таким уж большим, но оно примерно в 50 раз выше, чем соотношение гелия-3 к гелию-4, наблюдаемое в воздухе: всего от 1 до 714 000.

Это говорит о том, что флюидные включения датируются временем образования Земли, примерно 4,5 миллиарда лет назад. Исходя из глубины кристаллизации алмазов этот резервуар, вероятно, находится на глубине не менее 410 километров, но неясно насколько глубже он может находиться. По словам Томсона, определение точного местоположения резервуара может помочь объяснить, как оно образовалось и оставалось нетронутым так долго.

Общий химический состав резервуара до сих пор остается загадкой, «но он должен быть достаточно плотным, чтобы не смешиваться с остальной частью мантии»,— говорит Тиммерман, чья команда представит работу на конференции по геохимии Гольдшмидта (Goldschmidt Conference) в Барселоне 23 августа. Изучение других изотопов, заключенных в сверхглубокие алмазные включения, таких как металлы, может дать больше подсказок относительно химической смеси внутри этого резервуара.

Еще один вопрос: является ли резервуар одной гигантской массой или несколькими меньшими карманами векового материала. Сейсмические наблюдения обнаружили пару особенно плотных скальных сгустков в основании мантии, «но мы не знаем наверняка, является ли это резервуар или что-то еще» говорит Тиммерман.