Это четвертый по распространенности земной минерал, но его никогда не видели... до сих пор! Названный по этому случаю давемаоитом, минерал с химической формулой CaSiO₃ был описан 11 ноября в журнале Science группой американских исследователей. Необычным фактом является то, что он был обнаружен в алмазе! Составляя около 5% нижней мантии - слоя пород, простирающегося под нашими ногами на глубине от 660 до 2900 км, — давемаоит давно известен геологам, но до сих пор не наблюдался на поверхности, поскольку для его существования требуется очень высокое давление.
Впервые наблюдаемый на поверхности, перовскит изменил свое название на... давемаоит! Представленное как новый минерал в октябре 2020 года под названием IMA2020-012a, открытие должно было дождаться научной публикации, прежде чем его признали. Это было сделано 11 ноября, когда в журнале Science было опубликовано исследование команды Оливера Чаунера, характеризующее давемаоит.
Найденный во включении алмаза, добытого на крупнейшем в мире алмазном руднике Орапа в центральной Ботсване, давемаоит назван в честь китайско-американского геолога Хо-Кванга (Дейва) Мао за его важный вклад в геофизику мантии Земли.
Новый минерал отличается от волластонита, породы, распространенной на поверхности Земли, имеющей ту же формулу CaSiO₃, своей своеобразной кристаллической структурой. Это кубический перовскит, который образуется и обычно встречается только при очень высоком давлении. Перовскиты - это семейство минералов с одинаковой кристаллической структурой, которые являются основными компонентами мантии Земли.
Твердая нижняя мантия (глубина от 660 до 2900 км) содержит около 5% давемаита, 20% магнезиовюстита (Mg,Fe)O и 75% бриджманита (Mg,Fe)SiO3. Этот последний минерал также является перовскитом и, кстати, самым распространенным земным минералом: только он занимает более 40% объема Земли! Однако нам пришлось ждать до 2009 года, чтобы обнаружить его в естественном состоянии, в виде микроскопического включения в метеорите. Как может быть, что такие распространенные камни встречаются так редко?
За этим кажущимся парадоксом скрывается реальность, о которой мы не всегда знаем о нашем мире, в конечном счете, очень однородных физических и химических условий: минерал характеризуется определенным атомным составом и особым расположением атомов. Поэтому минерал существует только при определенных условиях давления и температуры, за пределами которых его кристаллическая структура, а значит и природа, меняется. Поднимаясь из дантовских условий, царящих на глубине в сотни километров, подавляющее большинство пород постепенно изменяется, превращаясь в конце своего пути в обычные поверхностные породы.
Вот здесь-то и приходят на помощь алмазы. Благодаря своей очень ограниченной эластичности, они могут сохранять минералы, которые содержались в них в момент их образования, при высоком давлении, даже когда они достигают поверхности. Именно поэтому геологи очень заинтересованы во включениях "сверхглубоких" алмазов, образующихся на глубине от 230 до 800 км, чтобы изучить нижнюю мантию и все еще плохо изученную переходную зону от верхней мантии к нижней, которая простирается от 410 до 660 км под поверхностью. Например, в 2018 году перовскит уже наблюдался в нечистом виде в сверхглубоком южноафриканском алмазе, образовавшемся в нижней мантии.
Вмещающий алмаз ботсванского давемаоита относится к типу IaAB, который является классическим для южной Африки. Помимо давемаоита, он содержал включения льда VII - кристаллической формы льда, образующейся при очень высоком давлении, железа, вюстита и ильменита.
Определив условия давления и температуры, которые могли привести к образованию этих включений, исследователи показали, что алмаз образовался при давлении около 30 ГПа и температуре 1500 °C. Это намного выше 23 ГПа, которые отмечают начало нижней мантии на глубине 660 км: по-видимому, она находится на глубине около 900 км!