Ученые Китая и Бельгии обнаружили признаки существования алмазного слоя на границе между ядром и мантией Меркурия (CMB). Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.
Меркурий имеет ряд необычных особенностей, включая высокую плотность ядра и темную поверхность. Предыдущие миссии, такие как космический аппарат NASA MESSENGER, показали, что поверхность Меркурия содержит значительное количество графита, одной из форм углерода. Это указывает на то, что в прошлом на поверхности планеты существовал богатый углеродом магматический океан, который со временем застыл и образовал темную графитовую корку.
Ранние предположения о графитовой корке основывались на представлениях об относительно низкой температуре и давлении в недрах планеты, на границе между ядром и мантией (CMB). Однако новые исследования показали, что CMB располагается глубже, чем считали ученые. Кроме того, в железном ядре может присутствовать сера, что могло оказать влияние на кристаллизацию магматического океана.
Чтобы воспроизвести условия в недрах Меркурия, ученые имитировали в экспериментах высокое давление и температуру, а также прибегли к термодинамическому моделированию. Для этого они использовали пресс большого объема и синтетический силикат в качестве исходного материала, что позволило имитировать условия на границе ядра и мантии планеты.
Исследователям удалось достичь давления до семи гигапаскалей и изучить, как минералы плавятся и достигают равновесных фаз при данных условиях. Они также провели анализ химического состава экспериментальных образцов, уделив особое внимание фазам графита и алмаза, и спрогнозировали фазовую стабильность.
Оказалось, что, хотя графит, вероятно, был доминирующей углеродной фазой во время кристаллизации магматического океана, кристаллизация ядра привела к образованию алмазного слоя в CMB. Алмазный слой имеет предполагаемую толщину от 15 до 18 километров. Ученые также предполагают, что нынешняя температура в CMB Меркурия близка к точке, в которой графит может перейти в алмаз.
Это также объясняет наличие необычайно сильного магнитного поля. Высокая теплопроводность алмаза помогает эффективно передавать тепло из ядра в мантию, вызывая температурную стратификацию и изменение конвекции в жидком внешнем ядре Меркурия и, таким образом, влияя на генерацию магнитного поля.