Одна з найбільш незвичних геохімічних загадок Землі пов’язана зі свинцем — елементом, який одночасно є і звичайним металом, і важливим «хронометром» планети. Вчені вже десятиліттями намагаються зрозуміти, чому в земних породах бракує певної його частини, якщо порівнювати їх із давніми метеоритами, з яких, як вважається, сформувалася Земля.
Свинцева ізотопна система використовується для визначення віку гірських порід і реконструкції історії формування планети. Саме тому дисбаланс у його кількості створює серйозну наукову проблему: здається, ніби в земній корі «зник» значний обсяг первісного свинцю, а натомість переважають форми, що утворилися пізніше внаслідок радіоактивного розпаду.
Дослідники з Nanyang Technological University запропонували нове пояснення цієї загадки. На їхню думку, свинець нікуди не зникав — він міг бути просто «схований» глибоко всередині планети, у надрах, недоступних для прямого спостереження.
Команда під керівництвом професора Саймона Редферна та доктора Лю Сію дослідила, як свинець поводиться в умовах екстремального тиску та температур, подібних до тих, що існують у мантія Землі. Результати показали, що за таких умов свинець може активно взаємодіяти із сіркою та утворювати стабільні сполуки, які залишаються «запечатаними» у глибоких шарах планети.
Однією з ключових ідей дослідження стало те, що свинець не обов’язково рухається до ядра, як вважалося раніше. Натомість він може зв’язуватися із сіркою і залишатися в мантії у вигляді надзвичайно стійких мінеральних структур, які здатні існувати мільярди років.
Важливу роль у цій історії відіграють ізотопи свинцю. Деякі з них утворюються поступово внаслідок розпаду урану та торію, працюючи як природний «геологічний годинник». Інші існували ще з моменту формування Землі. Саме їхня нестача у поверхневих породах і створює враження «зникнення» частини елемента.
Моделювання показало, що за високого тиску можуть утворюватися навіть нові типи сполук свинцю та сірки. Частина з них залишається стабільною у глибинах, тоді як інші можуть плавитися та повільно підніматися вгору. Це потенційно пояснює, чому сліди давнього свинцю іноді знаходять у вулканічних породах — він ніби поступово «просочується» на поверхню.
Оскільки безпосередньо дослідити глибини планети неможливо, науковці використовували комп’ютерне моделювання, яке дозволяє відтворити поведінку атомів у надекстремальних умовах. Отримані результати свідчать, що такі сполуки можуть бути стабільними протягом геологічних епох.
Це відкриття змінює уявлення про те, як елементи розподілені всередині Землі. Воно також підкреслює важливу роль сірки як «пастки» для металів у глибоких шарах планети, що раніше недооцінювалося.
Крім того, результати можуть мати значення і для інших планет земної групи. Якщо подібні процеси відбуваються на Землі, вони можуть бути характерними і для таких тіл, як Марс, що відкриває нові можливості для розуміння еволюції планет у всій Сонячній системі.
Наступним кроком стане перевірка теоретичних моделей у лабораторних умовах, де вчені спробують відтворити тиск і температуру, характерні для глибин Землі. Також планується аналіз вулканічних порід, які можуть містити сліди цих прихованих сполук.
Таким чином, загадка «зниклого» свинцю може виявитися не втратою елемента, а навпаки — свідченням того, наскільки складною і прихованою є внутрішня хімія нашої планети. Повне дослідження було опубліковано в журналі Nature Communications.
Джерело: portaltele.com.ua