Где исчез «первичный» свинец Земли: новое исследование проливает свет на глубинные процессы планеты
Геологи на протяжении десятилетий пытались ответить на, казалось бы, парадоксальный вопрос: почему в земной коре обнаруживается меньше древнего свинца, чем предсказывают модели формирования планеты? Новая работа исследователей из Наньянский технологический университет предлагает убедительное объяснение этой загадки. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.
Для геологов свинец — не просто тяжёлый металл, а ключ к пониманию истории планеты. Его изотопный состав служит своеобразным архивом, позволяющим восстанавливать процессы, происходившие в недрах Земли на протяжении миллиардов лет.
Особую ценность представляют разные изотопы свинца. Часть из них образуется в результате радиоактивного распада урана и тория — такие изотопы называют «молодыми». В то же время свинец-204 считается первичным: он сформировался ещё на ранних этапах существования Солнечной системы и практически не изменился с тех пор.
Сопоставляя соотношение этих изотопов, учёные могут датировать горные породы и реконструировать эволюцию земной коры, мантии и ядра.
Парадокс «недостающего» свинца
Проблема возникла при сравнении земных образцов с метеоритным веществом, которое считается «эталоном» первичного состава Солнечной системы. Оказалось, что на поверхности Земли наблюдается избыток «молодого» свинца и, соответственно, дефицит древнего.
Это несоответствие поставило под сомнение существующие модели формирования планеты. Одно из возможных объяснений заключалось в том, что значительная часть первичного свинца могла «провалиться» в глубинные слои Земли ещё в период её формирования — около 4,5 миллиарда лет назад.
Однако до сих пор не было ясного механизма, который мог бы объяснить, как именно это произошло и почему свинец не возвращается на поверхность.
Моделирование экстремальных условий
Команда исследователей подошла к проблеме с помощью компьютерного моделирования. Используя программный комплекс CALYPSO, они изучили поведение сульфида свинца (PbS) при давлениях и температурах, характерных для глубокой мантии.
Результаты оказались неожиданными. Выяснилось, что соединения свинца с серой способны сохранять устойчивость даже при температурах до 5000 °C — условиях, близких к тем, что существуют на границе мантии и ядра.
Более того, такие соединения могут формировать стабильные кристаллические структуры, которые эффективно «запирают» свинец в недрах планеты.
Где скрывается «потерянный» элемент
Согласно новой гипотезе, значительная часть древнего свинца связалась с серой ещё на ранних этапах эволюции Земли. Образовавшиеся соединения оказались настолько устойчивыми, что не смогли подняться к поверхности вместе с магмой.
При этом поведение этих соединений неоднородно. Некоторые из них остаются твёрдыми и практически неподвижными в глубокой мантии, в то время как другие могут частично мигрировать вверх и попадать в вулканические выбросы.
Это объясняет, почему на поверхности Земли всё же обнаруживается свинец, но его изотопный состав отличается от ожидаемого.
Значение открытия
Новая модель не только помогает разрешить давний геохимический парадокс, но и имеет более широкое значение. Понимание того, как элементы распределяются между поверхностью и глубинными слоями планеты, критически важно для реконструкции её эволюции.
Кроме того, эти результаты могут быть применимы к изучению других планет земной группы. Если аналогичные процессы происходили, например, на Марсе или Венере, это может изменить представления об их внутреннем строении и геологической истории.
Следующий этап — экспериментальная проверка. Учёные планируют воспроизвести экстремальные условия мантии в лаборатории, чтобы подтвердить стабильность обнаруженных соединений и уточнить их свойства.
Таким образом, загадка «недостающего» свинца, возможно, наконец получила правдоподобное объяснение — и, как это часто бывает в науке, открыла новые вопросы о глубинных процессах, формирующих облик планет.
Ранее журналисты сайта «Пронедра» писали, что в 2018 году на Новой Земле начнут добывать цинк и свинец
