Благодаря совместной работе ученых из Китая и Бельгии, в лабораторных условиях были смоделированы условия, существовавшие на Меркурии четыре миллиарда лет назад. Исследования показали, что в то время на планете формировались условия, оптимальные для создания слоя алмазов, который впоследствии утолщался.
Меркурий окутан множеством тайн и является одной из наименее изученных планет в Солнечной системе. О нём известно значительно меньше, чем о других каменистых планетах.
Почему же эта планета недостаточно изучена? Сблизиться с этой планетой крайне сложно. Меркурий вращается по сильно вытянутой эллиптической орбите, поэтому расстояние от него до Солнца может варьироваться от 70 миллионов до 46 миллионов километров. К тому же, близость к Солнцу обуславливает необходимость значительно большего расхода топлива для полета туда, чем, например, для полета к Марсу. И это путешествие занимает годы, в отличие от нескольких месяцев, требующихся для достижения четвертой планеты от Солнца.
Несмотря на это, ученым удалось направить к Меркурию космические аппараты. Их было всего три: Mariner 10 в 1973 году, который трижды пролетел мимо планеты; зонд NASA MESSENGER в 2004-м, он проработал до 2015 года; последний — аппарат BepiColombo в 2018-м (выйдет на орбиту только в декабре 2025 года).
Наибольший объем информации о Меркурии был получен благодаря аппарату MESSENGER. В частности, исследователи установили, что кора этой планеты содержит значительное количество летучих соединений — натрия и серы. Исходя из этого, можно предположить, что поверхность молодого Меркурия была покрыта океаном магмы. Определенная плотность планеты свидетельствует о высоком содержании металлов в ее внутреннем строении. В ходе последующих исследований ученые определили, что Меркурий характеризуется необычайно крупным железным ядром, радиус которого превышает 80 процентов радиуса планеты (для Земли этот показатель составляет 50 процентов).
Согласно информации, полученной от зонда MESSENGER, на Меркурии находятся огромные запасы углерода в виде графита (одна из разновидностей углерода, обладающая специфической кристаллической структурой). Это побудило исследователей предположить, что магматический океан и ядро молодого Меркурия могли содержать значительное количество данного химического элемента. В таком случае, как полагали ученые, подобные условия, характеризующиеся высокими температурами и давлением, могли способствовать превращению углерода в алмазы.
Для подтверждения этой гипотезы группа ученых из Китая и Бельгии под руководством Бернара Шарлье ( Bernard Charlier) группа исследователей из Льежского университета осуществила лабораторный эксперимент, воссоздав условия, существовавшие на Меркурии четыре миллиарда лет назад. В то время планету покрывал обширный океан магмы, а металлическое ядро оставалось расплавленным и относительно небольшим. О результатах своей работы ученые сообщили в опубликованной статье, опубликованной в журнале Nature Communications.
На Земле алмазы появляются из чистого углерода на глубине около 150 километров. Их образование происходит на протяжении миллионов или даже миллиардов лет в расплавленной породе мантии, где давление и температура позволяют преобразовывать углерод в эти природные бриллианты.
Ученые из группы Шарлье выдвинули гипотезу о возможности аналогичных процессов на Меркурии. Для имитации условий, существующих на этой планете, исследователи использовали смесь химических веществ, включающую титан, оксид алюминия и серу – элементы, которые часто встречаются на поверхности Меркурия. К этой смеси был добавлен сульфид железа (FeS), чтобы обеспечить ее насыщенность сульфидами и создать материал, максимально приближенный к «меркурианскому». Полученный образец поместили под пресс из графитовой наковальни, содержащей большое количество углерода, и сжали под давлением семь гигапаскалей, после чего нагрели почти до 2000 градусов.
По оценкам команды Шарлье, температура полного расплавления образца приблизительно равнялась 1900 градусам, что, вероятно, соответствует температуре магматического океана Меркурия на этапе формирования планеты. Исследователи посчитали, установленные ими в ходе эксперимента условия оказались подходящими для формирования алмазов.
Ученые считают, что алмазы могли сформироваться в жидком металлическом ядре Меркурия и, скорее всего, сохраняли свою устойчивость в магматическом океане. Однако, по мере охлаждения и затвердевания «внутреннего ядра» планеты, начался процесс кристаллизации. Образовавшиеся природные бриллианты стали подниматься к поверхности и «отложились» между плотным металлическим ядром и мантией, состоящей из силикатных пород. В результате сформировался алмазный слой, который на протяжении миллионов лет утолщался.
В настоящее время слой алмазов способен простираться на глубину до 200 метров и занимает около одного процента от общей массы планеты. Размеры отдельных алмазов в этом слое могут значительно превышать размеры алмазов, которые находят на Земле.
Уже не впервые команда Шарлье занимается подобными исследованиями. Еще в 2022 году американский геолог Кевин Кэннон ( Kevin Cannon) провел серию компьютерных моделирований и пришел к выводу, согласно исследованиям, продолжительная интенсивная бомбардировка поверхности Меркурия могла преобразовать до трети графита в сверкающие алмазы. По оценкам специалиста, на этой планете может быть в десять раз больше алмазов, чем на Земле, – 16 квадриллионов тонн.